2022 Fiscal Year Research-status Report

Development of a monitoring system for lung protective ventilation strategy that realized automatic alert by artificial intelligence

Research Project

Project/Area Number	22K09155
Research Institution	Yamagata University
Principal Investigator	中根正樹山形大学, 医学部, 准教授 (30325964)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	早坂達哉山形大学, 医学部, 助教 (20869911) 小野寺悠山形大学, 医学部, 助教 (30594329) 渡辺昌文山形大学, 医学部, 教授 (60360096) 川前金幸山形大学, 医学部, 教授 (70254026)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords	人工呼吸 / 肺保護換気 / 人工知能 / モニター
Outline of Annual Research Achievements	2022年度は、我々が開発しようと計画している最終的な人工知能AI予測モデルの基礎となるAI予測モデルのプログラム開発を試みた。人工呼吸中の患者のグラフィックモニタから得られる画像情報は複雑かつ多様であるため、まずは人工呼吸器による弊害である人工呼吸器関連肺損傷に進展する可能性のある基本的な異常波形を、モデル肺を用いて様々な肺障害のレベルを再現しながらシミュレーションし、これらを効率良く判定しうるAIモデルのプログラミングを試みた。プログラムの調整を繰り返しながら検証したところ、高一回換気量や高気道内圧、低コンプライアンスや高気道抵抗などの設定に対して、多くの異常を判定しうるAI予測モデルの基礎となる予備的なプログラミングが完了したところで、その予測モデルを使用することで上記モデル肺での異常として高一回換気量と換気回数過多状態における異常を実際に検知可能であることが確認できた。次に、様々なレベルのコンプライアンスと気道抵抗の組み合わせを設定し同様に予測モデルが機能するか検証中であるが、グラフィック画像の枚数がかなり多いため解析に時間を要している。これに対しては技術者の人数を増して対応中である。同時に、研究計画に従って、集中治療室でPB980人工呼吸器を用いて人工呼吸療法を受ける成人患者において、明確な理由をもって設定変更された前後の画像を、人工呼吸器に接続したノートパソコンでグラフィック画像データとして取得することを開始し、ストックしている段階である。予め登録された呼吸療法に習熟した集中治療医が肺保護換気の概念に基づき人工呼吸設定を変更した場合に変更内容とその理由を記録していくといった作業であり、現在のところ数名の研究対象者からのデータ取得が完了した（2023年度に100名分のデータ取得を目標）。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 予備研究として、様々なレベルのコンプライアンスと気道抵抗の組み合わせを設定し、モデル肺によるシミュレーションを応用して、現在調整中のAI予測モデルが機能するか検証中であるが、グラフィック画像の枚数がかなり多いため、解析に時間を要している。これに対しては技術者の人数を増員して対応中である。また臨床データについては同時並行して取得開始している。取得データに問題があれば今後修正していく予定である。
Strategy for Future Research Activity	予備的なAI予測モデルのプログラム開発に時間を要しているため、技術者の人数を増員して対応中である。また臨床データを同時並行して取得していくことで全体の研究の進行が遅れないよう調整している。
Causes of Carryover	2022年度は技術者の雇用が間に合わず人件費の支出が予想より少なくなっているが、次年度に増員および作業時間の増加を予定していること、新型コロナウイルス感染症の蔓延の影響が長引き海外からの精密機器の入手に予想外に時間がかかっており特にＧＰＵ搭載パソコンの選定と入荷が遅れていて次年度に購入可能となっていること、また昨年度は外部連携研究者との打ち合わせがオンラインで行われたため2023年度には直接面談の上で打ち合わせを行う予定としていること、が理由として挙げられる。