2022 Fiscal Year Research-status Report
Construction of oral cancer cytological diagnostic support system by a GUI using the deep learning
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22K12850
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
久山 佳代 日本大学, 松戸歯学部, 教授 (00234526)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末光 正昌 日本大学, 松戸歯学部, 講師 (10708770)
中山 光子 日本大学, 松戸歯学部, 専修研究員 (10419781)
山本 泰 日本大学, 松戸歯学部, 講師 (80459586)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 口腔細胞診 / 深層学習 / 細胞診断支援システム / GUI / AI / 細胞判定一致率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
口腔細胞診は口腔がん検診に活用され，口腔がん発見率が約1%と精度が高い。ところが細胞診断業務を担う全国の細胞検査士および細胞診専門歯科医が細胞判定基準を学習する機会は決して平等ではなく，さらにその不足が深刻さを増している。本研究は，GUI（graphical user interface）による簡便な深層学習(DL)ツールを用いて口腔粘膜の前癌病変と口腔がん細胞をDLし，細胞診標本からこれらの症例を抽出できる細胞診断支援システムの開発を目指している。本研究課題の目的は，口腔細胞診検体の診断精度と速度を向上させるために，簡便で汎用可能なAI細胞診断支援システムを構築することである。
初年度は，本研究課題の遂行に先だち，AIの臨床での活用に向けた規制当局の動向や研究から実証検証，事例について文献渉猟を行った。さらに臨床検査現場に今後求められる工程や伴う人材育成への提案について整理した。その結果，海外ではAIやロボティクスの社会への浸透に伴い，臨床検査の現場においてもその導入に向け政策・規制の観点で準備が進んでいること，そして，実際の導入向けた研究・開発が多くの場面でなされていた。一方日本では，経済産業省主導で発展のための枠組み基盤が整備されつつあり，規制に関しても内閣府主導で 診療報酬改定などの体制整備が少しずつ進められていた。AI，ロボティクス化への対応が進んでいる中で，今後様々なAIシステムが導入してきた際の導入判断基準や各プロセスでの対応の仕方についてガイドラインの設定がまずは施設単位で必要となると予測される。海外の動向，国の指針，学会の方針などを注視し日常的に情報収集に努めつつ，体制変更等に備える必要がある。
さらに，本研究課題の目的であるAI細胞診断支援システム構築のためのAIモデル（GUIによるDLツール）作製のための条件設定を行った。
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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
本研究課題の遂行に先だち，AIやロボティクスの社会への浸透に伴い，臨床検査の現場においてもその導入に向け政策・規制を理解し，そして実際の導入向けた研究・開発の実例を整理する必要性があった。初年度は実際に細胞判定を含めた病理検査にテクノロジーが導入された場合に起こり得る現場の変化について検討する機会を得ることができた。第１に検体の精度管理の必要性である。AIを細胞検査士，細胞診専門歯科医の細胞診断支援システムとして使用するうえで認識しておく必要があることとして，AIシステムに取り込む画像解像度や情報の偏り，目的以外の情報の混入などが生じると高い精度のモデル作成が難しいことである。取り込みの前提として，検査室の高い標準化が求められる。第２に，運用人材の能力育成や体制の整備の必要性である。AIは万能ではないため，熟練技師相当に精度を上げるためには進化が必要であり，相応レベルのAI開発には多くの時間が必要と考えられる。AIを理解できる人材育成の必要性はAIの誤用を防ぐためにもとても高く，臨床検査技師の身につける必要のある技術としてデジタルの理解が必須となってくる。第３に標準化されたデータの有効活用の方向性（統合解釈）の確認である。AIでの統合解析に対して検査現場においても対応が進むことが想定される。最終判断は医師ではあるがその前に検査現場で統合的に結果を見られる人材の必要性がこれまで以上に求められる可能性がある。そのため今以上にそれぞれの検査結果の精度管理，品質管理，相互連携システム構築が求められるようになり，横軸を刺した連携プロセスとしての意識を高める取り組みが必要となる。初年度は，前述のごとくAIによる細胞診断支援システム構築の目的と倫理観を共同研究者間で共有および再確認したため，本研究課題において非常に意義ある進捗であった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，口腔細胞診の細胞診断支援システムを構築し，精度を検証する。現在，口腔細胞診は従来型直接塗抹法とLBCの2種類の標本作製法が普及している。加えて，標本作製法により細胞形態に違いが生じるために，両方の画像データのDLが必要である。初年度から実施しているAI細胞診断支援システム構築のためのAIモデル（GUIによるDLツール）作製のための条件設定を予備実験を行いながら進める予定である。
具体的にはモデル作製のための各種条件（使用標本，標本撮影方法，細胞判定基準の確認，使用AIモデルの選別および精度確認）へと展開する。現在の口腔細胞診の運営上の問題点として多様な標本作製法が施設ごとに採用されていることである。基本的に細胞診の標本作製法は従来型直接塗抹法と液状化検体細胞診に大別される。さらに，後者には世界的に代表的なものとして，米国食品医薬品局で認可されたThinPrep（TP；Hologic社）とSurePathTM（SP；BD Diagnostics社）がある。また，その後本邦で開発されたTACASTM（TAC；医学生物学研究所）などがある。しかしながら，それらLBC法は標本作製原理や使用する試薬などが異なっているため，出来上がる標本において細胞の塗抹量や形態に差異が生じ，評価も異なることが予測される。今後も国内では種々の細胞診検体での実施が予想されるため，各LBC間での比較検討は無視できないとの結論に至っている。また，標本撮影方法や細胞判定基準については，複数の有資格者による細胞判定と病理組織診断（良性症例については口腔外科医による臨床経過）の一致例のみを使用し，同条件で撮影を行うために条件設定は完了している。従って，今年度は使用AIモデルの選択とデータセットとトレーニングセットの作製を実施する計画である。
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| Causes of Carryover |
令和4年度科学研究費助成事業交付申請書ではDL専用PC(iiyama, DEEP-TXAB-XW23XYD)単価600,000円にNeural Network Console (SONY)をインストールして使用する計画であった。SONYが求めるDLに必要なスペックに対応するDL専用PCを研究室に設置し、DLを短縮することが本研究計画の遂行のための必須条件と考えた。ところが実際には、精度の高いAIによる細胞診断支援システムを作製するためには、多量の画像データを学習させることを優先すべきであり、むしろそのためのマンパワーといつでもどこでもDL可能とする作業環境が必要であった。多機種を比較した結果、ノート型PC（CF-SV2BRDCP)はDLに十分なスペックを有し、さらに運搬可能である利点が大きかった。購入したPCは周辺備品を追加することにより、十分なパフォーマンスを発揮したが、予算物品費の約50％の使用となった。一方、AIモデル作製の条件を検討した結果、3種類のLBC検体画像に対するDLおよび比較検証が必要と研究計画が改変された。当初の研究計画の2倍のDL作業量であるため、さらなるDL作業環境の構築（ノート型PC2台への変更）を予定し、それに伴う周辺備品を購入することにより本年度の使用差額分が解消される。また、DL作業に対する人件費、標本作製や解析に係るその他の経費は計画通り遂行する。
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Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Minor Salivary Gland Tumors: A Retrospective Study of 37 Cases2022
Author(s)
Hiroshi Yamamoto , Yukiko Iizuka , Erika Iwai , Shu Fushimi , Ryutaro Tsuchimoto , Minami Akagi , Shina Kato , Kunio Hayashi , Mitsuko Nakayama , Masaaki Suemitsu , Tadahiko Utsunomiya , Yoshikazu Nakayama , Kayo Kuyama , Masamichi Komiya
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Journal Title
Open Journal of Stomatology
Volume: 12
Pages: 363,371
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] 頬粘膜に生じた小唾液腺唾石症の 2 例2022
Author(s)
野田 一,山本 泰,岩井恵理華,飯塚 普子,山口 桜子,末光 正昌 , 宇都宮忠彦,徳永 悟志,伊東浩太郎,渕上 真奈,金田 隆,久山 佳代 , 小宮 正道
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Journal Title
日大口腔科学
Volume: 48
Pages: 49,55
Peer Reviewed
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[Journal Article] 小学生を対象とした液状化細胞診（Thinprep 法）による鼻汁細胞診の試みと歯科矯正治療効果判定への応用2022
Author(s)
中山 光子,中村 千織,末光 正昌,浮ケ谷 匡恭,村守 樹理,立花 寿人 , 小泉 康之,中山 凱雄,鶴見 誠,山本 真緒,石川 誠一,宇都宮 忠彦 , 久山 佳代
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Journal Title
日大口腔科学
Volume: 48
Pages: 172,182
Peer Reviewed
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[Presentation] 口腔粘膜疾患に出現する角化表層平上皮細胞の核所見の検討;第 2 報2022
Author(s)
金田悦子,松本 敬,浮ヶ谷匡恭,才藤純,横山 愛,山本 泰,中山光子,メルニェイマリア,末光正昌,宇都宮忠彦,久山佳代
Organizer
第61回日本臨床細胞学会秋期大会
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[Presentation] 液状化細胞診による鼻汁細胞診の試み及び歯科矯正治療効果判定への応用2022
Author(s)
中山光子,浮ヶ谷匡恭,松本 敬,鈴木友子,二谷悦子,山本真緒,才藤純一,金田悦子,亀山由歌子,横山 愛,山本 泰,末光正昌,宇都宮忠彦,メルニェイマリア、久山佳代
Organizer
第61回日本臨床細胞学会秋期大会
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