視線計測データを利用した医師教育と医師の視点を持った次世代AIの開発研究

• 研究課題/領域番号: 21K16751
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分56030:泌尿器科学関連
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 池田 篤史 筑波大学, 医学医療系, 講師 (50789146)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 膀胱内視鏡検査 / 膀胱癌 / 人工知能 / 視線計測 / 経尿道的膀胱腫瘍切除術 / 医師教育

研究開始時の研究の概要

再発率の高い筋層非浸潤性膀胱癌の診断、治療および経過観察において、膀胱内視鏡における腫瘍病変の見落としは重要な問題である。この一因として経験や技量による医師間の腫瘍の視認能力の差異が挙げられる。本研究では、膀胱内視鏡画像および検査、手術時における術者・助手の医師の視線計測を行い、医師の技量を客観的に評価し、得られた視線データにより、開発を目指している人工知能を利用した膀胱内視鏡検査支援システムに組み込み、腫瘍認識精度向上への効果を検証する。

研究成果の概要

膀胱癌診療において、膀胱内視鏡検査は必須の処置であるが、実施する医師の知識や経験の差により、その診断精度にばらつきが存在する。本研究では、同一症例の膀胱内視鏡検査の動画を、経験の異なる医師らに観察させ、非接触式モニター用視線追尾・視線計測システムを用いて、その際の医師の観察中の視点座標と停留時間を取得し、評価指標として、視点座標の平均座標を原点とした視線位置に停留時間を乗じた値の平均を算出し、比較した。経験のある専門医は、リアルタイムに画面の広い範囲を効率よく、検査の序盤に観察していることが確認された。観察者の視線の可視化により、技量の評価だけでなく、技量向上にむけた教育的な活用が期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

視線計測は、医師の技量を評価しスキルアップのための課題を明らかにできる可能性があることから、消化器領域の手術においての報告例が散見される。泌尿器科領域においても膀胱内視鏡検査や経尿道膀胱腫瘍切除（TURBT）における経験の異なる医師らの視線経路の計測は、術者の技量を客観的に評価することにつながる。先行研究で開発している人工知能（AI）を利用した膀胱内視鏡検査支援システムの学習用の教師データとして、経験豊富な医師の視線という情報を加えることができれば、画像しか学んでいなかった現代のAIを次のステージへと導く可能性がある。結果として、AIのさらなる診断精度の向上と最適化につながると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] 膀胱癌における膀胱内視鏡AI診断 (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Atsushi
  • 雑誌名: 日本レーザー医学会誌 巻: 42 号: 4 ページ: 229-236
  • DOI: 10.2530/jslsm.jslsm-42_0026
  • NAID: 130008141762
  • ISSN: 0288-6200, 1881-1639
  • 年月日: 2022-01-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] TURBT初心者指導&上級医の認識を変える苦労話 (2022)
  • 著者名/発表者名: 池田 篤史、野里 博和
  • 雑誌名: Japanese Journal of Endourology and Robotics 巻: 35 号: 1 ページ: 38-44
  • DOI: 10.11302/jserjje.35.1_38
  • ISSN: 2436-875X
  • 査読あり
• [雑誌論文] 【デジタル革命が導く遠隔医療とAI】AIを用いた膀胱内視鏡診断支援システムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 池田篤史、野里博和
  • 雑誌名: 泌尿器科 巻: 15 ページ: 608-616
• [雑誌論文] Bladder cancer prospective cohort study on high-risk non-muscle invasive bladder cancer after photodynamic diagnosis-assisted transurethral resection of the bladder tumor (BRIGHT study). (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K,Matsuyama H,Kawai T, Ikeda A,Miyake M,Nishimoto K, Matsushita Y, Komura K,Abe T, Kume H, Nishiyama H, Fujimoto K,Oyama M, Miyake H, Inoue K,Mitsui T,Kawakita M,Ohyama C, Mizokami A,Kuroiwa H.
  • 雑誌名: International Journal of Urology 巻: online 号: 7 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1111/iju.14854
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cystoscopic Imaging for Bladder Cancer Detection Based on Stepwise Organic Transfer Learning with a Pretrained Convolutional Neural Network (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Atsushi、Nosato Hirokazu、Kochi Yuta、Negoro Hiromitsu、Kojima Takahiro、Sakanashi Hidenori、Murakawa Masahiro、Nishiyama Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Endourology 巻: 35 号: 7 ページ: 1030-1035
  • DOI: 10.1089/end.2020.0919
  • 査読あり
• [学会発表] Can cystoscopy artificial intelligence overcome differences between cyctoscope products? (2023)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ikeda, Hirokazu Nosato, Shogo Takaoka, Masamitsu Negoro, Hidenori Sakanashi, Masahiro Murakawa, Hiroyuki Nishiyama
  • 学会等名: European Association of Urology Annual Congress (EAU23)
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time Bladder Tumor Detection at Clinics in Flexible Cystoscopy with White Light and Narrow Band Imaging using Deep Learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ikeda, Shogo Takaoka, Hirokazu Nosato, Masamitsu Negoro, Hidenori Sakanashi, Masahiro Murakawa, Hiroyuki Nishiyama
  • 学会等名: American Urological Association's 2022 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time Bladder Tumor Detection in Flexible Cystoscopy with White Light Imaging and Narrow Band Imaging using Deep Learning (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ikeda, Hirokazu Nosato, Hiroyuki Nishiyama
  • 学会等名: East Asia Urological Oncology Society (EAUOS) 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 臨床実装化を目指した膀胱内視鏡診断支援AIシステムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 池田篤史，高岡昇吾，野里博和，根来宏光，坂無英徳, 西山博之
  • 学会等名: 第36回日本泌尿器内視鏡・ロボティクス学会総会
• [学会発表] アイトラッキングを利用した膀胱内視鏡検査における観察者技量の客観的評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 池田篤史
  • 学会等名: 第35回日本泌尿器内視鏡学会