機械学習を用いた微細側頭骨病変の新たな診断法の開発

2024 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23K07163
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 川口 毅恒 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (80597823)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 樋渡 昭雄 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (30444855) ; 河合 辰哉 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 准教授 (70597822) ; 木曽原 昌也 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 助教 (90906231)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 人工知能 / 内耳奇形 / deep learnig

Outline of Annual Research Achievements

小児の感音難聴には人工内耳手術が考慮されるが、蝸牛神経低形成や耳硬化症は改善効果が乏しい。しかし、これらは稀で微細な異常で、中耳奇形に合併していることもあり、専門医でも診断に苦慮することがある。一方、コンピューターによる自動診断は、教え込んだ範囲内の所見であれば、人間と異なり見落としがなく、また、迷わず客観的に診断できる点から、近年ディープラーニングの手法を用いた論文が多数掲載されている。しかし、ディープラーニングは機械に教え込ませる症例数や計算時間が膨大となる問題点がある。また、今回のように希少疾患の場合には異常症例が十分な数が得られず、教師画像を用いた人工知能の学習は困難である。以前に我々は、内耳奇形の3D画像に対しディープラーニングによる自動検出に成功し、副鼻腔領域においても教師画像なしで人工知能を学習させ、自動診断を行う研究を行っている。今回はその知見を生かして、教師なし学習Variational autoencoder (VAE)の手法を用い、症例数の少ない蝸牛神経低形成や耳硬化症の自動診断の確立を目指している。以前の研究を下地にさらにその診断精度を上げて
蝸牛神経低形成や耳硬化症の自動診断を可能とするべく、解析時の関数の変更やプログラムの見直しに着手していたが、研究分担者でありプログラム構築とデータ管理を行っていた小川が急逝し、プログラムの見直しや関数調整、症例収集について前研究の知見が充分に生かせなくなってしまった。特に小川の作成したプログラムに不明点が多々あり、また症例データの暗号解除キーが不明なことから、症例の再収集を余儀なくされている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究分担者であり、人工知能のプログラミングとデータ管理を行っていた小川が他研究者にPCのパスワードを伝えることなく急逝してしまったため、小川が使用していたPC内のデータを確認することができなくなってしまった。研究の基盤となるプログラムコードについては、研究責任者が生前の小川と共有していたが、内容に不明な点が多く、また小川が収集・管理していた画像データも使用できなくなってしまった。現実的に小川の前研究から引き継いでいる部分を含めて一からやり直さなければならなくなり、新たに研究分担者として加わった木曽原と共に研究を再開しているが、その間に人工知能技術の大幅な進歩により、当初想定していた方法はもう時代遅れであるとの指摘が複数の専門家から寄せられ、新たな要素を付加することを検討している。

Strategy for Future Research Activity

小川の遺した既存のプログラムコードを元に、以前の研究で使用していたMATLABではなく、人工知能分野でより普及しているPythonに変更することで他研究への応用性、汎用性を高める。蝸牛神経低形成や耳硬化症症例に限らず、内耳・中耳分野の幅広い疾患へのプログラム適用も視野に入れて研究を進めている。

Causes of Carryover

プログラム、症例収集を一からやり直さなければいけなくなったために予定外の時間が必要となり予算執行計画が後ろ倒しとなっているため。