2021 Fiscal Year Annual Research Report
眼球内細胞学の確立：基礎から臨床までのシームレスな研究
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21H03095
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
坂本 泰二 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (10235179)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 博満 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (20392079)
寺崎 寛人 鹿児島大学, 鹿児島大学病院, 特任助教 (20746888)
渡邊 睦 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (50325768)
橋口 照人 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (70250917)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 人工知能 / 光干渉断層計 / 脈絡膜 / 糖尿病網膜症 / 血管走行 / 網膜剥離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脈絡膜についての光干渉断層計画像の解析にartificial intelligence (AI)を用いて画像を定量的に評価する方法を確立した。同法を応用し脈絡膜の血管走行などの多く点に関して新知見を得た（関連論文４編）。その中で、AIの思考過程を明らかにするために、理化学研究所のチームと共同して、人間が迷う症例について、AIとどれだけ迷いの程度に差があるかを調べた。その結果、人間が判断に迷う画像は、AIも同じように迷うことがわかった。その結果をPlos ONE誌に発表した（Sonoda, Sakamoto et al. PlosONE 2022）が、思考過程がblack boxと言われているAIとの人間の診断の共存を考えるうえで眼科学のみならず、医療界に大きな貢献をした。
さらに、AIによるエントロピー計算を用いて、網膜面それぞれの変化点を指摘できるアルゴリズムを確立した。その結果、糖尿病網膜症の眼の中には、単純網膜症と言われる眼の中に特異的なグループが存在していることがわかった。これは糖尿病網膜症の診断治療に大きな変化をもたらす可能性がある(Shiihara, Sakamoto et al. 投稿中)。
また、日本網膜硝子体学会の網膜剥離データベースは申請者が中心になって確立したビッグデータ収集組織であるが、これを用いて、日本における網膜剥離の実態を報告した（論文9編）、網膜疾患の治療の早さに、男女差があることを見出したことは特筆すべきである(Funatsu, Sakamoto et al, Sci rep 2021)。また、光干渉断層計について、国内企業と引き続き共同研究を行っている。特許申請準備中のため、詳細は省略するが販売内容として十分な訴求力があるものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上述のように、多くの論文を出版あるいは投稿しており、研究活動は活発である。
硝子体学の研究がメインテーマであるが、前年の申請書に書いたように数年前からの人工知能研究の進歩はすさまじい。そのテクノロジーを研究に取り入れることで、2年前の申請書における研究内容とは力を入れる分野が変化した。それは人工知能による複雑さの解析研究への注力である。その結果、細胞生物学的研究は時間がかかったがその結果は現在投稿中である(Sebag, Sakamoto et al, Seminars of Ophthalmology)。一方、人工知能による画像解析研究は爆発的に進歩して、(Terasaki, Sakamoto et al, Retina in press; Sonoda、Sakamoto PlosONE 2022;Shiihara Sakamoto et al. Sci Rep 2021および2022; Funatsu, Sakamoto et al.Sci Rep 2021, Funatsu Sakamoto submitted for Sci Rep)などの論文が出版された。ここで培った技術や新しい人工知能アルゴリズムを用いて、さらに構造が不規則的である硝子体の研究に導入することを目指しているが、十分に応用可能な人的あるいは設備を備えつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
網膜や脈絡膜構造の不確定さを描出するためにAIによるエントロピー値を使ったアルゴリズムを開発したが、実際この方法が各種網膜疾患の発見に有効であるかは不明である。そこで、この方法を用いて、網膜静脈閉塞症、滲出性加齢黄斑変性、増殖糖尿病網膜症、萎縮型加齢黄斑変性に対して使用を試みる。
脈絡膜の構造解析については、現在取り組んでいる周辺脈絡膜の3次元構造の再現アルゴリズムを完成させる。現在、キャノン社と大学院生などで共同して進めており、バグを取る作業が進んでいる。この方法が完成したら、周辺の脈絡膜の網羅的解析を行う。すでに、予備データは得られており実現性の高い方法である。また、企業と共同していることで、産業界への寄与も大きく期待できる。
Super wide OCTの歪み補正問題へ取り組む。現在、眼内組織の観察や評価には、瞳孔を通じた光学的情報を使っている。しかし、眼球は極めて小さな球状組織のために、情報に歪みが出ているが、その点は考慮されていない。そこで我々はreal shape 補正を試みている。この補正が完成すれば、今までの眼内情報のうちおおきな矛盾があったものについて回答が得られると思われる。これらについて検討する。これらの解析には人工知能補正が必須であるので、この点を特に注意する。
硝子体像評価への応用。
以上の方法は、比較的規則的構造を取る網膜について研究されたデータである。しかし、不規則構造を取る脈絡膜解析に応用可能性が高いことが分かったので、この方法を硝子体に応用する。硝子体構造の定量的解析は、いまだ行われていないので革新的研究になる可能性が高い。
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Research Products
(23 results)
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[Journal Article] Foundational Considerations for Artificial Intelligence Using Ophthalmic Images2022
Author(s)
Abramoff Michael D.、Cunningham Brad、Patel Bakul、Eydelman Malvina B.、Leng Theodore、Sakamoto Taiji、Blodi Barbara、Grenon S. Marlene、Wolf Risa M.、Manrai Arjun K.、Ko Justin M.、Chiang Michael F.、Char Danton、Abramoff Michael、Blumenkranz Mark、Chew Emily、Chiang Michael、Eydelman Malvina、Myung David、et al.
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Journal Title
Ophthalmology
Volume: 129
Pages: e14～e32
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Clinical Characteristics and Outcomes in 314 Japanese Patients with Bacterial Endophthalmitis: A Multicenter Cohort Study from J-CREST2021
Author(s)
Ishikawa H.,Uchida K.,Takesue Y.,Mori J.,Kinoshita T.,Morikawa S.,Okamoto F.,Sawada T.,Ohji M.,Kanda T.,Takeuchi M.,Miki A.,Kusuhara S.,Ueda T.,Ogata N.,Sugimoto M.,Kondo M.,Yoshida S.,Ogata T.,Kimura K.,Mitamura Y.,Jujo T.,Takagi H.,Terasaki H.,Sakamoto T.,Sugisawa T.,Komuku Y.,Gomi F.
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Journal Title
Pathogens
Volume: 10
Pages: 390～390
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Visual Outcomes and Mechanism of Open-Globe Injuries with No Light Perception.2021
Author(s)
Morikawa S, Okamoto F*, Okamoto Y, Mitamura Y, Ishikawa H, Harimoto K, Ueda T, Sakamoto T, Sugitani K, Sawada O, Mori J, Takamura Y, Oshika T; Japan Clinical Retina of Study Group
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Journal Title
Ophthalmol Retina.
Volume: 5
Pages: 489-491
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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