人工知能を用いた潰瘍性大腸炎関連腫瘍の内視鏡診断法の開発

• 研究課題/領域番号: 20K17002
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分53010:消化器内科学関連
• 研究機関: 昭和大学
• 研究代表者: 前田 康晴 昭和大学, 医学部, 講師 (30595616)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 潰瘍性大腸炎 / 大腸内視鏡 / 人工知能 / 潰瘍性大腸炎関連腫瘍 / 大腸癌 / 自動診断システム

研究開始時の研究の概要

本研究は人工知能(AI)を利用することで、潰瘍性大腸炎(UC)関連腫瘍の内視鏡診断の確立を目指す。UCは、本邦で22万人の罹患者がいる疾患である。UC患者では年3％と高率でUC関連腫瘍が発生する。UC関連腫瘍を早期に正確に診断し治療することで大腸癌の抑制や大腸全摘術の回避が可能である。しかしながら、周囲粘膜との境界が不明瞭であり、既存の内視鏡モダリティでは十分な精度での診断が困難である。そのため、具体的には①UC関連腫瘍の自動診断ソフトの開発、②後ろ向きおよび前向き臨床研究における性能評価及び課題の抽出のプロセスを順次行う。

研究実績の概要

2020年度よりディープラーニングを活用した大腸内視鏡の潰瘍性大腸炎(UC)関連腫瘍内視鏡診断システムを研究・開発した。2021年にAIのUC関連腫瘍自動検出への応用を報告(Maeda Y,et al.Endoscopy. 2021)した。またUC関連腫瘍の質的診断システムの基盤として先端内視鏡技術の腫瘍・非腫瘍鑑別への有用性を報告した。(Kudo SE, Maeda Y et al. Dig Endosc. 2021;　Maeda Y et al. Dig Endosc. 2022)。これらの研究よりUC関連腫瘍の自動検出アルゴリズムを構築したが、病変と正常粘膜との境界が不明瞭なため不十分な検出感度、及び周囲粘膜の炎症性変化・炎症性ポリープによる偽陽性など課題が明らかになった。
2023年度は偽陽性に対応するため炎症重症度の分類AIを開発し、本来サーベイランス内視鏡の対象となる寛解・軽症粘膜のみを解析対象とし、中等症(Mayo内視鏡スコア2)以上の粘膜は解析対象外とするシステムを構築した。

研究成果

• [国際共同研究] Mayo clinc(米国)
• [雑誌論文] A novel artificial intelligence-assisted “vascular-healing” diagnosis for prediction of future clinical relapse in patients with ulcerative colitis: a prospective cohort study (2024)
  • 著者名/発表者名: Kuroki Takanori、Maeda Yasuharu、Kudo Shin-ei, et al.
  • 雑誌名: Gastrointestinal Endoscopy 巻: ー 号: 1 ページ: 97-108
  • DOI: 10.1016/j.gie.2024.01.010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Artificial intelligence-assisted colonoscopy to identify histologic remission and predict the outcomes of patients with ulcerative colitis: A systematic review (2024)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yasuharu、Kudo Shin-ei、Santacroce Giovanni、et al.
  • 雑誌名: Digestive and Liver Disease 巻: ー 号: 7 ページ: 1119-1125
  • DOI: 10.1016/j.dld.2024.04.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrahigh magnification endoscopy in inflammatory bowel disease: How do we bridge the gap between research and practice? (2023)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yasuharu、Kudo Shin‐ei、Iacucci Marietta
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: 36 号: 3 ページ: 290-291
  • DOI: 10.1111/den.14678
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Use of advanced endoscopic technology for optical characterization of neoplasia in patients with ulcerative colitis: a systematic review (2022)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yasuharu、Kudo Shin‐ei、Ogata Noriyuki、Kuroki Takanori、Takashina Yuki、Takishima Kazumi、Ogawa Yushi、Ichimasa Katsuro、Mori Yuichi、Kudo Toyoki、Hayashi Takemasa、Miyachi Hideyuki、Ishida Fumio、Nemoto Tetsuo、Ohtsuka Kazuo、Misawa Masashi
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: Epub ahead of print 号: 7 ページ: 1297-1310
  • DOI: 10.1111/den.14335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a small, depressed type of colorectal invasive cancer by an artificial intelligence-assisted detection system (2022)
  • 著者名/発表者名: Kudo Shin-ei、Misawa Masashi、Mori Yuichi、Kawabata Yurie、Maeda Yasuharu、Miyachi Hideyuki、Mori Kensaku
  • 雑誌名: Endoscopy 巻: 54 号: 10 ページ: E592-E593
  • DOI: 10.1055/a-1704-8103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Beyond complete endoscopic healing: Goblet appearance using an endocytoscope to predict future sustained clinical remission in ulcerative colitis (2022)
  • 著者名/発表者名: Takishima Kazumi、Maeda Yasuharu、Ogata Noriyuki, et al
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: 34 号: 5 ページ: 1030-1039
  • DOI: 10.1111/den.14202
• [雑誌論文] Deep learning-based automated quantification of goblet cell mucus using histological images as a predictor of clinical relapse of ulcerative colitis with endoscopic remission (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohara Jun、Nemoto Tetsuo、Maeda Yasuharu、Ogata Noriyuki、Kudo Shin-ei、Yamochi Toshiko
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology 巻: 57 号: 12 ページ: 962-970
  • DOI: 10.1007/s00535-022-01924-1
• [雑誌論文] Evaluation in real-time use of artificial intelligence during colonoscopy to predict relapse of ulcerative colitis: a prospective study (2022)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yasuharu、Kudo Shin-ei、Ogata Noriyuki、Misawa Masashi、Iacucci Marietta、Homma Mayumi、Nemoto Tetsuo、Takishima Kazumi、Mochida Kentaro、Miyachi Hideyuki、Baba Toshiyuki、Mori Kensaku、Ohtsuka Kazuo、Mori Yuichi
  • 雑誌名: Gastrointestinal Endoscopy 巻: 95 号: 4 ページ: 747-756.e2
  • DOI: 10.1016/j.gie.2021.10.019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Current problems and perspectives of pathological risk factors for lymph node metastasis in T1 colorectal cancer: Systematic review (2022)
  • 著者名/発表者名: Ichimasa Katsuro、Kudo Shin‐ei、Miyachi Hideyuki、Kouyama Yuta、Mochizuki Kenichi、Takashina Yuki、Maeda Yasuharu、Mori Yuichi、Kudo Toyoki、Miyata Yuki、Akimoto Yoshika、Kataoka Yuki、Kubota Takafumi、Nemoto Tetsuo、Ishida Fumio、Misawa Masashi
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: Epub ahead of print 号: 5 ページ: 901-912
  • DOI: 10.1111/den.14220
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of the clinical use of artificial intelligence-assisted neoplasia detection for colonoscopy: a large-scale prospective, propensity score?matched study (with video) (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishiyama Misaki、Kudo Shin-ei、Misawa Masashi、Mori Yuichi、Maeda Yasuhara、Ichimasa Katsuro、Kudo Toyoki、Hayashi Takemasa、Wakamura Kunihiko、Miyachi Hideyuki、Ishida Fumio、Itoh Hayato、Oda Masahiro、Mori Kensaku
  • 雑誌名: Gastrointestinal Endoscopy 巻: 95 号: 1 ページ: 155-163
  • DOI: 10.1016/j.gie.2021.07.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combined endocytoscopy with pit pattern diagnosis in ulcerative colitis‐associated neoplasia: Pilot study (2021)
  • 著者名/発表者名: Kudo Shin‐ei、Maeda Yasuharu、Okumura Taishi、Matsudaira Shingo、Ishigaki Tomoyuki、Sasanuma Seiko、Mori Yuichi、Kudo Toyoki、Hayashi Takemasa、Wakamura Kunihiko、Miyachi Hideyuki、Baba Toshiyuki、Ohtsuka Kazuo
  • 雑誌名: Digestive Endoscopy 巻: - 号: 1 ページ: 133-143
  • DOI: 10.1111/den.13964
  • 査読あり
• [雑誌論文] Letter: the combination of histologic remission and Mayo endoscopic score 1 as a suitable therapeutic target in ulcerative colitis. (2021)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yasuharu、Kudo Shin-ei、 Takishima Kazumi, Misawa Masashi, Ogata Noriyuki, Ohtsuka Kazuo.
  • 雑誌名: Alimentary Pharmacol ＆ Therpeutics 巻: - 号: 8 ページ: 955-956
  • DOI: 10.1111/apt.16302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Can artificial intelligence help to detect dysplasia in patients with ulcerative colitis? (2020)
  • 著者名/発表者名: Maeda Yasuharu、Kudo Shin-ei、Ogata Noriyuki、Misawa Masashi、Mori Yuichi、Mori Kensaku、Ohtsuka Kazuo
  • 雑誌名: Endoscopy 巻: - 号: 07 ページ: E273-E274
  • DOI: 10.1055/a-1261-2944
  • 査読あり
• [学会発表] USEFULNESS AND LIMITATIONS OF COMPUTER-AIDED DETECTION (CADE) SYSTEM IN SURVEILLANCE COLONOSCOPY IN PATIENTS WITH ULCERATIVE COLITIS. (2022)
  • 著者名/発表者名: Maeda Y., Kudo S., Ogata N., Ogawa Y.,Ogawa Y., Matsudaira S., Nakamura H., Mori Y., Kudo T., Hisayuki T., Hayashi T., Wakamura K., Miyachi H., Baba T., Ohtsuka K., Misawa M.
  • 学会等名: UEG Week2022
  • 国際学会
• [学会発表] REAL-TIME USE OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE DURING COLONOSCOPY PREDICTS RELAPSE OF ULCERATIVE COLITIS: A PROSPECTIVE STUDY (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda, S.-e. Kudo, N. Ogata, M. Misawa, K. Takishima, K. Mochida, K. Tanaka, H. Nakamura, K. Ichimasa, T. Kudo, T. Hayashi, K. Wakamura, H. Miyachi, T. Baba, F. Ishida, H. Itoh, M. Oda, K. Mori, K. Ohtsuka, Y. Mori,
  • 学会等名: UEG Week 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 内視鏡人工知能による潰瘍性大腸炎の活動性モニタリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 前田康晴, 工藤進英, 小形典之
  • 学会等名: JDDW2021
• [学会発表] NUCLEAR OBSERVATION WITH ENDOCYTOSCOPY PROVIDES ADDITIONAL DIAGNOSTIC ABILITY TO PIT PATTERN FOR ULCERATIVE COLITIS ASSOCIATED NEOPLASIA (2020)
  • 著者名/発表者名: Maeda Y., Kudo S., Ogata N., Misawa M., Ogawa Y., Takishima K., Ichimasa K., Matsudaira S., Ishigaki T., Nakamura H., Toyoshima N., Mori Y., Kudo T., Hisayuki T., Hayashi T., Wakamura K., Miyachi H., Baba T., Ohtsuka K.
  • 学会等名: UEG Week
  • 国際学会
• [学会発表] 医工産連携研究に基づく、AI 搭載内視鏡診断支援ソフトウェアの開発と課題. (2020)
  • 著者名/発表者名: 前田康晴, 工藤進英, 森悠一
  • 学会等名: 第99回 日本消化器内視鏡学会総会
• [学会発表] 超拡大内視鏡による潰瘍性大腸炎関連腫瘍の質的診断. (2020)
  • 著者名/発表者名: 前田 康晴, 工藤 進英, 小形 典之.
  • 学会等名: JDDW2020
• [学会発表] 潰瘍性大腸炎関連腫瘍に対するEndocytoscopyの使用経験. (2020)
  • 著者名/発表者名: 前田 康晴，工藤 進英，小形 典之 瀧島 和美，佐藤 雄太.
  • 学会等名: 第110回 日本消化器内視鏡学会関東支部例会