2016 Fiscal Year Annual Research Report
Intelligent decision support systems for total hip arthroplasty (THA): Towards fully automated preoperative planning of orthopedic surgery
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25242051
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 嘉伸 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 教授 (70243219)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大竹 義人 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 准教授 (80349563)
横田 太 奈良先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 助教 (60759900)
鍵山 善之 山梨大学, 総合研究部, 助教 (30506506)
高尾 正樹 大阪大学, 医学系研究科, 寄付講座講師 (30528253)
鈴木 直樹 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (40147327)
田中 正夫 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (40163571)
多田 幸生 神戸大学, システム情報学研究科, 教授 (70135812)
菅野 伸彦 大阪大学, 医学系研究科, 寄附講座教授 (70273620)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 遠隔診断治療システム / 医用画像・バイオイメージング / 関節病学 / 機械学習 / 画像情報処理 / 生体生命情報学 / 情報システム / 人工知能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
インプラント（骨盤側カップ、大腿骨側ステム）のサイズ、位置・角度等に加えて、複数肢位の関節可動域、脚長差、被覆率を含む関節機能パラメータを最適化する全体計画システムを構築し、総合評価を行った。関節可動域については、従来のインプラント同士のみのインピンジ（衝突）から、骨とインプラントの両方のインピンジを扱うアルゴリズムに拡張した。CT画像から手術計画出力までの全工程の自動化、および特定機種のインプラントシステムに依存しない汎用性を確保するため、26年度までに開発あるいは一部組み込みを行った、CT画像からの骨格自動セグメンテーション、および複数タイプの大腿骨部品（ステム）を扱うモジュールを、全体計画システムに統合した。症例データベースについては、最終的に100例以上を整備した。
インプラントの位置・角度の専門医知識の制約、各関節機能パラメータの制約をバランスさせるため、外科医により立案された手術計画の症例データベースから得られるそれぞれのパラメータの計測値分布が標準（半）正規分布になるよう変数変換した。これにより、症例データベースに埋め込まれた外科医の好みを定量化・客観化して、各評価項目を外科医の意図に従って最適にバランスさせる手術計画の立案が可能になった。外科医の基本方針を統計モデルに、計算機による網羅的な最適解探索を組み合わせることで、外科医の総合知識と計算機による精密さの両方を兼ね備えるという特長を実現した。100症例以上の交差検定による実験により、有効性を検証した。これら（後向き実験）の結果については、現在、論文投稿に向けて準備を進めている。
臨床評価のため、臨床インタフェースを作成し、外科医が臨床ルーチンで本システムを利用できるようにした。これにより、前向き評価を行うためのツール整備が完了し、今後、複数病院においての本格的な臨床評価を行う準備を整えた。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(9 results)
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[Presentation] STATISTICAL ESTIMATION OF ATTACHMENT OF HIP MUSCLES BASED ON MEASUREMENT IN CADAVERS2016
Author(s)
Norio Fukuda, Otake Yoshito, Masaki Takao, Futoshi Yokota, Takeshi Ogawa, Keisuke Uemura, Ryota Nakaya, Kazunori Tamura, Robert Grupp, Amirhossein Farvardin, Mehran Armand, Nobuhiko Sugano, Sato Yoshinobu
Organizer
16th Annual Meeting of the International Society for Computer Assisted Orthopaedic Surgery
Place of Presentation
Osaka, Japan
Year and Date
2016-06-11
Int'l Joint Research
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