2022 Fiscal Year Annual Research Report
Four-dimensional Recognition of Musculoskeletal Movement for Patients with Artificial Joints
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20H04550
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
大竹 義人 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (80349563)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平島 雅也 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所脳情報通信融合研究センター, 主任研究員 (20541949)
田中 康仁 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (30316070)
高尾 正樹 大阪大学, 大学院医学系研究科, 講師 (30528253)
佐藤 嘉伸 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (70243219)
菅野 伸彦 大阪大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座教授 (70273620)
上村 圭亮 大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (70871367)
SOUFI MAZEN 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (80823525)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 患者個別筋骨格モデリング / 四次元動態認識 / 人工関節患者 / X線動画像 / 非侵襲筋骨格動態計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は4つの小目的について、以下の通り研究を進めた。
1.高忠実性筋骨格解剖バイオメカモデルの構築：これまで開発した弾性体シミュレーションVIPERによる股関節周辺筋のモデリングと比較するため、市販のバイオメカシミュレーションプラットフォームAnyBodyを導入し、患者個別のCT画像から構築した下肢全体モデルへの位置合わせにより、AnyBodyによる患者個別のシミュレーションが可能になった。
2.医用画像データベースに基づく個体間解剖バリエーションの推定：前年度までに構築した自動セグメンテーションモデルを、下肢全体を撮影した668症例のCT画像に適用し、セグメンテーションを行った。全部で59の筋骨格部位をセグメンテーションし、部位ごとに患者間の非剛体位置合わせを行った後、下肢全体を統合した統計形状モデルを構築した。これだけ大規模な患者データから多数の部位を同時に統計モデル化した研究はこれまでにない。この統計モデルを用いて、一部分のみのCT撮影画像から下肢全体を予測する、あるいは下肢全体の2次元投影像から3次元的な筋骨格構造を予測する、といった応用を進めている。
3.筋骨格の動態変形バリエーションの推定：健常ボランティアのMRI撮影を行い、中間位・外転位・内転位の三つの肢位で股関節周辺の3次元画像を取得した。1で開発したVIPERによる筋動態変形推定システムを用い、中間位から外転位に骨を動かしたときに中殿筋の筋線維走行がどのように変化するかを予測した。
4.筋骨格動態四次元認識AIの構築と医用画像を用いた評価：前項の三肢位でのMRIから得たground truthと予測結果を比較した。従来手法（Linear Blend Skinning）では平均誤差が13.49mmだったのに対し、VIPERによる予測では10.22mmとなり、従来手法より高い精度で予測できたことを確認した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] 4D-foot analysis on effect of arch support on ankle, subtalar, and talonavicular joint kinematics2023
Author(s)
Miyamoto, T., Otake, Y., Makao, S., Kurokawa, H., Kosugi, S., Taniguchi A., Soufi, M., Sato, Y., and Tanaka, Y.
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Journal Title
Journal of Orthopaedic Science
Volume: In Press
Pages: In Press
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Artificial intelligence-based volumetric analysis of muscle atrophy and fatty degeneration in patients with hip osteoarthritis and its correlation with health-related quality of life2023
Author(s)
Iwasa, M., Takao, M., Soufi, M., Uemura, K., Otake, Y., Hamada, H., Sato, Y., Sugano, N, and Okada, S.
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Journal Title
International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery
Volume: 18(1)
Pages: 71-78
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Rotational-motion measurement of the sacroiliac joint using upright MRI scanning and intensity-based registration: is there a sex difference?2023
Author(s)
Tani, T., Takao, M., Soufi, M., Otake, Y., Fukuda, N., Hamada, H., Uemura, K., Sato, Y., and Sugano N.
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Journal Title
International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery
Volume: 18(1)
Pages: 79-84
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] 下肢全体筋骨格統計形状モデルの形状予測への応用2023
Author(s)
政木 勇人, 大竹 義人, 崇風 まあぜん, 谷 懿, 上村 圭亮, 高尾 正樹, 宮本 拓馬, 田中 康仁, 岡田 誠司, 菅野 伸彦, 佐藤 嘉伸
Organizer
電子情報通信学会医用画像研究会
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[Presentation] 患者個別足機能解析のためのCT画像における自動足部筋骨格セグメンテーション2023
Author(s)
崇風まあぜん, 大竹義人, 伊東尚輝, 政木勇人, 箱谷知輝, 宮本拓馬, 田中康仁, 橋本正弘, 山田祥岳, 山田 稔, 横山陽一, 陣崎雅弘, 上村圭亮, 高尾正樹, 菅野伸彦, 佐藤嘉伸
Organizer
電子情報通信学会医用画像研究会
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[Presentation] 大規模体幹部CT画像データベースに基づく脊椎・骨盤ランドマークの加齢変化予測統計モデルの構築2022
Author(s)
下元 悠我, 大竹 義人, 箱谷 知輝, 崇風 まあぜん, 重松 英樹, 上村 圭亮, 高尾 正樹, 明石 敏昭, 森 健策, 合田 憲人, 菅野 伸彦, 佐藤 嘉伸
Organizer
電子情報通信学会医用画像研究会
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[Presentation] Extrapolation of Partial X-ray Image for Prediction of Whole Body Musculoskeletal Structure2022
Author(s)
Weiqi Zhang, Yi Gu, Yoshito Otake, Mazen Soufi, Keisuke Uemura, Masaki Takao, Toshiaki Akashi, Kensaku Mori, Kento Aida, Nobuhiko Sugano, Yoshinobu Sato
Organizer
電子情報通信学会医用画像研究会
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[Presentation] 全身型立位CTを用いた臥位CTからの仮想立位変換2022
Author(s)
箱谷 知輝, 大竹 義人, 崇風 まあぜん, 橋本 正弘, 山田 祥岳, 山田 稔, 横山 陽一, 上村 圭亮, 高尾 正樹, 菅野 伸彦, 陣崎 雅弘, 佐藤 嘉伸
Organizer
電子情報通信学会医用画像研究会
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