ディープラーニングを応用した人工知能による大腸内視鏡自動診断

• 研究課題/領域番号: 17K15971
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 消化器内科学
• 研究機関: 昭和大学
• 研究代表者: 三澤 将史 昭和大学, 医学部, 講師 (90459206)
• 研究協力者: 森 健策 ; 伊東 隼人 ; 小田 昌宏
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 人工知能 / 内視鏡 / 大腸癌 / 大腸内視鏡 / ディープラーニング / 深層学習 / 拡大内視鏡 / コンピュータ診断支援 / 超拡大内視鏡

研究成果の概要

人工知能にもとづく大腸内視鏡診断支援ソフトウェアが大腸内視鏡診療の質・精度向上に寄与すると考え、2つの研究を行った。１．超拡大内視鏡画像にもとづく病理診断支援システムはsupport vector machine（SVM）を用いた。腫瘍と非腫瘍の鑑別精度を97.4%達成した。２．通常内視鏡画像にもとづくポリープなどの病変検出システムを検討した。3次元畳み込みニューラルネットワークを活用し180万フレームの大腸内視鏡動画を収集・学習した。この予測モデルは未知の病変に対して感度90%を達成し、十分な精度を達成した(Misawa M, et al. Gastroenterology 2018)。

研究成果の学術的意義や社会的意義

大腸内視鏡におけるリアルタイム病変検出・診断は、近年重要視され高精度化が要求されている。これは病変の見落としを防ぐことで、大腸癌罹患を予防し、加えて治療不要な非腫瘍性ポリープを確実に診断することで、かかる治療・病理検査を省略できるためである。本研究では大腸内視鏡における、病変の発見、病変の診断を人工知能で支援し、どのようなレベルの医師であっっても均てん化した医療が提供できる可能性を示した。これにより、本邦がん罹患数１位のがん種である大腸がんを抑制することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Artificial Intelligence-Assisted Polyp Detection for Colonoscopy: Initial Experience. (2019)
  • 著者名/発表者名: Misawa M, Kudo SE, Mori Y, Cho T, Kataoka S, Yamauchi A, Ogawa Y, Maeda Y, Takeda K, Ichimasa K, Nakamura H, Yagawa Y, Toyoshima N, Ogata N, Kudo T, Hisayuki T, Hayashi T, Wakamura K, Baba T, Ishida F, Itoh H, Roth H, Oda M, Mori K.
  • 雑誌名: Gastroenterology 巻: epub ahead of print 号: 8 ページ: 2027-2029
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2018.04.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fully automated diagnostic system with artificial intelligence using endocytoscopy to identify the presence of histologic inflammation associated with ulcerative colitis (with video). (2019)
  • 著者名/発表者名: Maeda Y, Kudo SE, Mori Y, Misawa M, Ogata N, Sasanuma S, Wakamura K, Oda M, Mori K, Ohtsuka K.
  • 雑誌名: Gastrointest Endosc 巻: 89 号: 2 ページ: 408-415
  • DOI: 10.1016/j.gie.2018.09.024
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simultaneous detection and characterization of diminutive polyps with the use of artificial intelligence during colonoscopy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori Y, Kudo SE, Misawa M, Mori K.
  • 雑誌名: VideoGIE 巻: 4 号: 1 ページ: 7-10
  • DOI: 10.1016/j.vgie.2018.10.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Real-Time Use of Artificial Intelligence in Identification of Diminutive Polyps During Colonoscopy: A Prospective Study (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori Y, Kudo SE, Misawa M, Saito Y, Ikematsu H, Hotta K, Ohtsuka K, Urushibara F, Kataoka S, Ogawa Y, Maeda Y, Takeda K, Nakamura H, Ichimasa K, Kudo T, Hayashi T, Wakamura K, Ishida F, Inoue H, Itoh H, Oda M, Mori K
  • 雑誌名: Ann Intern Med 巻: 169 号: 6 ページ: 357-366
  • DOI: 10.7326/m18-0249
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Artificial intelligence may help in predicting the need for additional surgery after endoscopic resection of T1 colorectal cancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuro Ichimasa, Shin-ei Kudo, Yuichi Mori, Masashi Misawa, Shingo Matsudaira, Yuta Kouyama, Toshiyuki Baba, Eiji Hidaka, Kunihiko Wakamura, Takemasa Hayashi, Toyoki Kudo, Tomoyuki Ishigaki, Yusuke Yagawa, Hiroki Nakamura, Kenichi Takeda, Amyn Haji, Shigeharu Hamatani, Kensaku Mori, Fumio Ishida, Hideyuki Miyachi
  • 雑誌名: Endoscopy 巻: 50 号: 03 ページ: 230-240
  • DOI: 10.1055/s-0043-122385
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Accuracy of diagnosing invasive colorectal cancer using computer-aided endocytoscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Takeda, Shin-ei Kudo, Yuichi Mori, Masashi Misawa, Toyoki Kudo, Kunihiko Wakamura, Atsushi Katagiri, Toshiyuki Baba, Eiji Hidaka, Fumio Ishida, Haruhiro Inoue, Masahiro Oda, Kensaku Mori
  • 雑誌名: Endoscopy 巻: 49 号: 08 ページ: 799-802
  • DOI: 10.1055/s-0043-105486
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computer-aided diagnosis for colonoscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Mori, Shin-ei Kudo, Tyler M Berzin, Masashi Misawa, Kenichi Takeda
  • 雑誌名: Endoscopy 巻: 49 号: 08 ページ: 813-819
  • DOI: 10.1055/s-0043-109430
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Use of endocytoscopy for identification of sessile serrated adenoma/polyps and hyperplastic polyps by quantitative image analysis of the luminal areas (2017)
  • 著者名/発表者名: Yushi Ogawa, Shin-ei Kudo, Yuichi Mori, Nobunao Ikehara, Yasuharu Maeda, Kunihiko Wakamura, Masashi Misawa, Toyoki Kudo, Takemasa Hayashi, Hideyuki Miyachi, Atsushi Katagiri, Fumio Ishida, Haruhiro Inoue
  • 雑誌名: Endoscopy international open 巻: 5 号: 08 ページ: E769-E774
  • DOI: 10.1055/s-0043-113562
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 人工知能に基づく大腸内視鏡のポリープ自動検出ソフトウェア (2018)
  • 著者名/発表者名: 三澤将史
  • 学会等名: 第95回日本消化器内視鏡学会総会
• [学会発表] Computer-aided detection for colonoscopy using deep learning. (2018)
  • 著者名/発表者名: Masashi Misawa
  • 学会等名: UEGW2018
  • 国際学会
• [学会発表] 人工知能に基づく大腸内視鏡のリアルタイム病変検出支援システム (2018)
  • 著者名/発表者名: 三澤将史
  • 学会等名: JDDW2018
• [学会発表] Automated polyp detection for colonoscopy using deep learning technology: preliminary results. (2017)
  • 著者名/発表者名: Masashi Misawa, Shin-ei Kudo, Yuichi Mori, Kenichi Takeda, Ichimasa Katsuro, Yasuharu Maeda, Yushi Ogawa, Shinichi Kataoka, Hiroki Nakamura, Naoya Toyoshima, Toyoki Kudo, Takemasa Hayashi, Kunihiko Wakamura, Fumio Ishida, Holger Roth, Hiromasa Oda, Kensaku Mori
  • 学会等名: United European Gastroenterology Week 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 大腸内視鏡診断支援ソフトウェアの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三澤将史
  • 学会等名: 第9回 ヒューマンケアデバイス・システム技術分科会
  • 招待講演
• [学会発表] Computer-aided diagnosis for diminutive colorectal polyps by using endocytoscopy combined with NBI (2017)
  • 著者名/発表者名: Masashi Misawa, Shin-ei Kudo, Yuichi Mori, Kenichi Takeda, Yasuharu Maeda, Shinichi Kataoka, Hiroki Nakamura, Toyoki Kudo, Kunihiko Wakamura, Takemasa Hayashi, Hideyuki Miyachi, Atsushi Katagiri, Toshiyuki Baba, Fumio Ishida, Haruhiro Inoue, Masahiro Oda, Kensaku Mori
  • 学会等名: Digestive Disease Week 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 大腸超拡大内視鏡の診断における工夫-AIによる自動診断- (2017)
  • 著者名/発表者名: 三澤将史、工藤進英、森健策
  • 学会等名: 第103回日本消化器病学会総会