| 研究課題/領域番号 |
21K09256
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分56020:整形外科学関連
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| 研究機関 | 奈良県立医科大学 |
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研究代表者 |
宮本 拓馬 奈良県立医科大学, 医学部附属病院, 研究員 (10859052)
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| 研究分担者 |
田中 康仁 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (30316070)
大竹 義人 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (80349563)
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| 研究期間 (年度) |
2024-01-17 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 足・足関節 / 画像解析 / バイオメカニクス / 筋腱モーメントアーム / 4D‐Foot / 2D3Dレジストレーション / 筋腱セグメンテーション / 足部・足関節の動作解析 / 荷重CT / 足部・足関節 / モーメントアーム / ２D3Dレジストレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
足部・足関節周囲の筋は，アライメントやキネマティクスに大きく関与している．各筋の関節に及ぼす影響を捉えるために，各筋の筋量とモーメントアームを用いる方法がある．しかし，これまでの方法はin vitroでの研究であり，足部・足関節の機能評価として重要な荷重時の評価は出来ていない．そこで，本研究の学術的「問い」は荷重下の運動時における，筋腱モーメントアームが，足部・足関節に及ぼす影響である．そこで，荷重時CTによる筋腱セグメンテーションと，2方向X線透視動画像を用いた2D-3Dレジストレーションを，AI・深層学習を用いることにより，全自動解析を用いて検討することが，本研究の主目的である．
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| 研究実績の概要 |
本研究においては、2方向X線透視動画像を用いた2D3Dレジストレーションによる足部・足関節の動作解析および、荷重時CTによる筋腱セグメンテーションの手法を確立し、それにより解析を行うことが重要である。
我々は共同研究者とともに、距腿関節、距舟関節、距骨下関節に対して、2方向X線透視動画像とCT画像による2D-3Dレジストレーションを全自動で解析するシステム”4D‐Foot”を開発した。これは、本手法のマニュアル操作を、深層学習を用いてAIに学習させるという方法である。また，本システムの臨床応用を行い、アーチサポートが距腿関節、距骨下関節、距舟関節の動態に与える影響を検討した。その結果、アーチサポートは距腿関節の動態を現症させ、距骨下関節、距舟関節の動態を増加させることが解明された。
これにより"4D-Foot"は距骨下関節や距舟関節のような小さな動態の関節においても、評価することが可能であることが判明した。
また、荷重時CTによる筋腱セグメンテーションの手法に関しては、下腿4筋区画(前方区画・外側区画・浅後方区画・深後方区画)に対して自動セグメンテーションを行う方法を試み、その精度を評価した。その結果、それぞれの精度は、ASD0.37、筋区画は前方区画でDC0.90、ASD1.5、外側区画でDC0.81、 ASD2.30、浅後方区画でDC0.91、ASD2.9、深後方区画でDC0.80、ASD2.5であり、全体的に精度が高かった。本研究は下腿筋区画に対して、自動セグメンテーションを行うことを可能とし、その精度は比較的高かったと考える
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