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深層学習を用いた総肺静脈還流異常症の超音波画像診断支援技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K09456
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分56040:産婦人科学関連
研究機関昭和大学

研究代表者

小松 玲奈 (香川玲奈)  昭和大学, 医学部, 助教 (30368633)

研究分担者 小松 正明  国立研究開発法人理化学研究所, 革新知能統合研究センター, 副チームリーダー (70750842)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード人工知能 / 先天性心疾患 / 出生前診断 / 胎児心臓 / 出生前超音波診断 / 肺静脈還流異常 / 胎児超音波検査 / 総肺静脈還流異常症
研究開始時の研究の概要

近年、産科領域での「胎児超音波スクリーニング検査」は、その必要性の啓発活動によりわが国において広く普及している。しかし、アーチファクトの影響があることや、検査者が超音波プローブを手動走査することで画像を取得するため、検査者間での技術レベルのばらつきが大きい。本研究では、高度な診断技術が要求される胎児心臓について、深層学習による物体検知技術を活用し、その異常所見を自動的にリアルタイムに検知する超音波診断支援技術の研究開発を行う。特に、適切な出生前診断と対応があれば救命可能となる総肺静脈還流異常症の出生前診断率を向上させ、児の救命、さらには予後改善につなげることを目的とする。

研究実績の概要

総肺静脈還流異常症(TAPVC)は出生後早期に治療が必要な重症先天性心疾患であるが、いまだ出生前診断率は低い。その理由として、超音波検査は機種の性能や検査者の技術に影響されることが考えられる。出生前診断率を向上させるためには、肺静脈が左心房へ還流していることを確認する必要がある。しかし、肺静脈は非常に小さい構造物であるため、確実に検出するためには修練が必要である。そこで、深層学習を用いて肺静脈左心房還流像の自動評価を行う技術の構築を目指し本研究を進めている。これまでの検討から、妊娠中期の胎児超音波スクリーニング検査で取得した正常胎児画像を抽出し、心臓の各部位にアノテーションを行うことで、肺静脈と左心房のそれぞれを単独で検知可能であった。次に、肺静脈が左心房に還流している断面を含む画像を抽出し、U-Net、Deep Residual U-Net (ResUNet)、UNet++、 UNet3+の4手法を用いて肺静脈左心房還流像のセグメンテーションを行った。さらに検出精度を上げるために、画像の解析範囲を自動クロッピングで限定し、21 倍にデータ拡張した後に、3分割交差検証を行ったところ、肺静脈左心房還流像をこれまで以上にしっかりと捉えることが可能であった。一方、TAPVC胎児ではいずれの手法を用いても、肺静脈左心房還流像をセグメンテーションすることはなかった。 また、正常構造では左房隆起が確認できるため、同部位のセグメンテーションも施行した。左房隆起のセグメンテーション精度は、肺静脈左心房還流像と比してやや劣っていたが、TAPVC胎児では左房隆起を確認できなかった。さらに、左心房後壁から下行大動脈までの距離をが増大している症例では、TAPVCの可能性が高いことより、同距離の自動計測を行う手法についても検討を行った。現在研究成果の論文作成中である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

解析データは揃っているが、その整理および論文作成を行っている。

今後の研究の推進方策

データを集約し論文を作成し投稿予定である。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] 今月の臨床 AIがもたらす産婦人科医療の変革 産科 AIを用いた胎児心臓超音波スクリーニング支援システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      小松 玲奈
    • 雑誌名

      臨床婦人科産科

      巻: 77 号: 12 ページ: 1184-1189

    • DOI

      10.11477/mf.1409211105

    • ISSN
      0386-9865, 1882-1294
    • 年月日
      2023-12-10
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Medical Professional Enhancement Using Explainable Artificial Intelligence in Fetal Cardiac Ultrasound Screening2022

    • 著者名/発表者名
      Sakai Akira、Komatsu Masaaki、Komatsu Reina、Matsuoka Ryu、Yasutomi Suguru、Dozen Ai、Shozu Kanto、Arakaki Tatsuya、Machino Hidenori、Asada Ken、Kaneko Syuzo、Sekizawa Akihiko、Hamamoto Ryuji
    • 雑誌名

      Biomedicines

      巻: 10 号: 3 ページ: 551-551

    • DOI

      10.3390/biomedicines10030551

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of Cardiac Structural Abnormalities in Fetal Ultrasound Videos Using Deep Learning2021

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Masaaki、Sakai Akira、Komatsu Reina、Matsuoka Ryu、Yasutomi Suguru、Shozu Kanto、Dozen Ai、Machino Hidenori、Hidaka Hirokazu、Arakaki Tatsuya、Asada Ken、Kaneko Syuzo、Sekizawa Akihiko、Hamamoto Ryuji
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 11 号: 1 ページ: 371-371

    • DOI

      10.3390/app11010371

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Shadow Estimation for Ultrasound Images Using Auto-Encoding Structures and Synthetic Shadows2021

    • 著者名/発表者名
      Yasutomi Suguru、Arakaki Tatsuya、Matsuoka Ryu、Sakai Akira、Komatsu Reina、Shozu Kanto、Dozen Ai、Machino Hidenori、Asada Ken、Kaneko Syuzo、Sekizawa Akihiko、Hamamoto Ryuji、Komatsu Masaaki
    • 雑誌名

      Applied Sciences

      巻: 11 号: 3 ページ: 1127-1127

    • DOI

      10.3390/app11031127

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 胎児超音波検査とAI2021

    • 著者名/発表者名
      小松玲奈
    • 雑誌名

      日本産科婦人科学会雑誌

      巻: 73 ページ: 1630-1633

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] AI-based automatic detection of PV-LA connections is useful in screening for TAPVC2023

    • 著者名/発表者名
      Komatsu R, Matsuoka R,Komatsu M,Aoyama R, Harada N,Setoh H,Sakai A,Iwamoto K,Hamamoto R, Sekizawa A.
    • 学会等名
      33rd World Congress on Ultrasound in Obstetrics and Gynecology
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 総肺静脈還流異常症の検出を目的とした肺静脈左心房還流のAI自動評価2023

    • 著者名/発表者名
      小松玲奈, 松岡隆, 小松正明, 青山利奈, 酒井彬, 瀬藤悠暉, 原田直明, 岩本和樹, 浜本隆二, 関沢明彦
    • 学会等名
      第96回日本超音波医学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Automated evaluation of pulmonary venous drainage into the left atrium in the second trimester ultrasound screening of the fetal heart.2022

    • 著者名/発表者名
      Reina Komatsu, Ryu Matsuoka, Rina Aoyama, Akira Sakai, Shunzaburo Ono, Tatsuya Arakaki, Mayumi Tokunaka, Suguru Yasutomi, Naoaki Harada, Kazuki Iwamoto, Masaaki Komatsu, Ryuji Hamamoto, Akihiko Sekizawa
    • 学会等名
      32nd World Congress on Ultrasound in Obstetrics and Gynecology
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] シンポジウム 産婦人科 1  胎児心臓超音波スクリーニングにおける AI の活用2022

    • 著者名/発表者名
      小松 玲奈
    • 学会等名
      日本超音波医学会 第95回学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 胎児心臓とAI2022

    • 著者名/発表者名
      小松 玲奈
    • 学会等名
      日本産婦人科超音波学会研究会(JSUOG) 第 2 回教育セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 胎児超音波検査とAI2021

    • 著者名/発表者名
      小松玲奈
    • 学会等名
      第73回日本産科婦人科学会・学術講演会 生涯研修プログラム5
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 説明可能AIの活用は胎児先天性心疾患検出率向上に寄与するか?2021

    • 著者名/発表者名
      小松 玲奈、松岡 隆、酒井 彬、小松 正明、安富 優、相澤 利奈、新垣 達也、浜本 隆二、関沢 明彦
    • 学会等名
      日本胎児心臓病学会 第28回学術集会 パネルディスカッション1
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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