Global outreach of hip arthroplasty support system using real-time acoustic analysis.

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21KK0281
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 本間 康弘 順天堂大学, 医学部, 講師 (80732883)
• Project Period (FY): 2022 – 2024
• Keywords: 人工関節 / 音響工学 / AI / 聴知覚 / 叩打音

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、人工関節挿入時の骨の力学的負荷の客観的情報を術者が把握しながら手術を行うことで合併症を回避できないかと着想し、インプラント挿入時叩打音の解析研究により、手術時叩打音解析手法確立・人工知能による叩打音識別・合併症特有の叩打音特性の発見などの成果を得て、叩打音解析による手術支援の可能性を示した。本課題においては、海外施設と共同で、全世界的な母集団での叩打音特性データ解析、継続的な国際共同研究体制構築、叩打時の被叩打物体振動特性による叩打音特性解析を行うことで、高いロバスト性を持つ予測アルゴリズムを含有したクラウドを介する遠隔リアルタイム自動音響解析手術支援システムの開発及び国際展開を目指している。
2022年度は、渡航前(2023年度に渡航予定)の事前準備として、アメリカとフランスの共同研究先の研究者と、①今までの研究成果の共有及び議論、②予定している研究内容に関連する最新の学術的知見の共有、③予定している研究内容の詳細な打ち合わせ、の3点を実施した。更には、国内の共同研究機関であるNTTデータCCSとともに、①インプラントの大腿骨への嵌合度を叩打音により自動識別する深層学習を用いたアルゴリズム開発を行い、渡航後に得られる予定である全世界的な患者の叩打音が加わることで、更なる予測精度が高く高度なロバスト性を持つアルゴリズムの開発が十分に見込まれる成果を得た。そして、前段階の基礎的実験として、模擬骨を用いた模擬手術実験を行い、渡航後にフランスで実施する予定の研究計画の推敲を行った。その結果、空気伝搬マイクだけでなく接触型マイクによる精度上昇の可能性、産業技術総合研究所が開発した応力発光体を模擬骨に塗布し、大腿骨への力学的負荷を直接的に評価できる可能性を発見した。これらの2022年度の成果を踏まえ、2023年度中にアメリカとフランスに渡り研究を継続する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2022年度は、渡航前(2023年度に渡航予定)の準備段階としての期間である。当該準備期間に、渡航先との十分な意思疎通を図り議論を実施し、渡航後の研究計画の推敲を行なった。また、前段階としての基礎研究・臨床研究を継続して行なっており、渡航後の研究計画の高度化とより高い研究成果に資する結果を得た。これらのことより、研究は順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

2022年度に行なった前段階としての基礎研究・臨床研究により、既存の研究計画に加えて次の点を追加し、2023年7月から海外へ渡航し研究を実施する。①模擬骨を用いた基礎的研究において、被叩打物体・叩打物体に接触型マイクを追加し、より精度高く叩打音集音を実施、②被叩打物体に応力発光体を塗布することで、力学的な負荷を直接的に評価。