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コンピュータビジョンを用いた外科医の意思決定支援システムの実用化に向けた開発研究

研究課題

研究課題/領域番号 23K24412
補助金の研究課題番号 22H03153 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分55020:消化器外科学関連
研究機関兵庫医科大学

研究代表者

篠原 尚  兵庫医科大学, 医学部, 教授 (70319549)

研究分担者 倉橋 康典  兵庫医科大学, 医学部, 講師 (10834822)
中村 達郎  兵庫医科大学, 医学部, 助教 (20898457)
宇山 一朗  藤田医科大学, 医学部, 教授 (60193950)
池田 正孝  兵庫医科大学, 医学部, 教授 (80335356)
石田 善敬  兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (80447664)
能城 浩和  佐賀大学, 医学部, 教授 (90301340)
大森 健  地方独立行政法人大阪府立病院機構大阪国際がんセンター(研究所), その他部局等, 消化器外科 主任部長 (40423181)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
キーワード手術支援システム / 人工知能 / 深層学習 / コンピュータビジョン / ロボット支援手術 / 手術支援 / 結合組織 / 膵臓
研究開始時の研究の概要

内視鏡手術の画像データを教材として手術の切除縁を規定する解剖学的ランドマークを人工知能(AI)に深層学習させ,熟練外科医と同等の認識能,提示能を有するコンピュータビジョン技術を開発するためのを多施設共同,産学共同である。手術室への持ち込み可能なリアルタイム視覚支援ツールを作成し,精度と安全性の検証を経て,最終目標であるロボットとの融合により外科医の意思決定を支援するAIプラットフォームの実用化を目指す。

研究実績の概要

内視鏡手術のデジタル画像データに含まれる解剖情報をAIに深層学習させることにより,切除縁を規定する解剖学的ランドマークの強調表示機能をもつAIモデルを開発し,その精度検証を行っている。研究2年目となる2023年度は初年度に引き続き,胃癌,食道癌,大腸癌,鼠経ヘルニアの各内視鏡(ロボットもしくは腹/胸腔鏡)手術の動画からリンパ節郭清や臓器剥離,脈管分離の場面をとらえたビデオクリップを抽出し,綿密なアノテーション作業によって精度の向上を図った。解剖構造として,剥離層に現れる疎性結合組織線維に続き,胃癌手術において損傷を避けるべき温存臓器である膵の認識に開発を進めた。当初の計画通り,現在,AIシステムの教育効果を検証するため機器を手術室に持ち込み,医学部5年生の臨床実習生を対象として,手術見学時に従来のモニターを見せる対照群と,AIモニターで膵組織を強調表示させた画像を見せるAI群に分け,実習終了時にテスト画像を用いて膵をどれだけ正確に認識できるかを比較検討している。予定の学生数に達し次第,解析を行う。アルゴリズムの効率化により偽陽性はさらに減少し,経験豊富な外科医が納得できるレベルに近づきつつある。臨床現場での使用は薬機法の承認を得る必要があるためすぐには難しいが,録画したビデオを振り返るのにAI認識をとり入れたり,学会発表でのプレゼンに活用したりして有用性を実感している。2023年度は研究代表者が3回,国際学会での発表を行い,2編の英語論文発表につなげた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究開始時点で目標とした,「コンピュータビジョンを用いた外科医の意思決定支援システムの実用化」に向け,開発は順調に進んでいる。複数の外科術式を対象に結合組織線維,膵実質,神経線維のAIによる認識が予定通りの成果をあげており,評価も始まっている。

今後の研究の推進方策

研究方法や材料に変更を加えることなく,このまま開発を進める。これまで蓄積した性能評価のデータや学生に対する教育効果の検証を学会発表し,論文化につなげる。最終年度は薬機法の承認を経て手術室での実装実験を行い,実際の手術での有用性の検証や課題解決に取り組みたい。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Precise highlighting of the pancreas by semantic segmentation during robot-assisted gastrectomy: visual assistance with artificial intelligence for surgeons2024

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Tatsuro、Kobayashi Nao、Kumazu Yuta、Fukata Kyohei、Murakami Motoki、Kohno Shugo、Hojo Yudai、Nakao Eiichiro、Kurahashi Yasunori、Ishida Yoshinori、Shinohara Hisashi
    • 雑誌名

      Gastric Cancer

      巻: 4 号: 4 ページ: 869-875

    • DOI

      10.1007/s10120-024-01495-5

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proposal for T3 classification of esophagogastric junction carcinoma based on the interconnection of extramural anatomical structures2023

    • 著者名/発表者名
      Kurahashi Yasunori、Tomita Toshihiko、Nakamura Tatsuro、Nakao Eiichiro、Hojo Yudai、Kohno Shugo、Ishida Yoshinori、Shinohara Hisashi
    • 雑誌名

      Esophagus

      巻: 20 号: 4 ページ: 587-594

    • DOI

      10.1007/s10388-023-01023-x

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 手術解剖学とAI技術の融合を目指した医工連携による取り組み 医師の認識を支援する手術AIシステムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      熊頭 勇太, 小林 直, 大島 貴, 篠原 尚
    • 雑誌名

      臨床外科

      巻: 78(1) ページ: 98-103

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] AIがもたらす内視鏡外科手術の未来2023

    • 著者名/発表者名
      篠原尚, 中村 達郎, 中尾 英一郎, 晃野 秀梧, 北條 雄大, 倉橋 康典, 石田 善敬.
    • 雑誌名

      外科

      巻: 85(3) ページ: 220-225

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Surgery utilizing artificial intelligence technology: why we should not rule it out2022

    • 著者名/発表者名
      Shinohara H
    • 雑誌名

      Surgery Today

      巻: - 号: 11 ページ: 1219-1224

    • DOI

      10.1007/s00595-022-02601-9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sunitinib and Pterostilbene Combination Treatment Exerts Antitumor Effects in Gastric Cancer via Suppression of PDZD82022

    • 著者名/発表者名
      Hojo Yudai、Kishi Shingo、Mori Shiori、Fujiwara-Tani Rina、Sasaki Takamitsu、Fujii Kiyomu、Nishiguchi Yukiko、Nakashima Chie、Luo Yi、Shinohara Hisashi、Kuniyasu Hiroki
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 号: 7 ページ: 4002-4002

    • DOI

      10.3390/ijms23074002

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Laparoscopic and endoscopic cooperative surgical technique for two duodenal neuroendocrine tumors2022

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Kumamoto, Toshihiko Tomita, Yudai Hojo, Tatsuro Nakamura, Yasunori Kurahashim Yoshinori Ishida, Hisashi Shinohara
    • 雑誌名

      Videoscopy

      巻: 32(2) 号: 2

    • DOI

      10.1089/vor.2022.0010

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Marked improvement of severe reflux esophagitis following proximal gastrectomy with esophagogastrostomy by the right gastroepiploic vessels-preserving antrectomy and Roux-en-Y biliary diversion2022

    • 著者名/発表者名
      Hojo Yudai、Nakamura Tatsuro、Kumamoto Tsutomu、Kurahashi Yasunori、Ishida Yoshinori、Kitayama Yoshitaka、Tomita Toshihiko、Shinohara Hisashi
    • 雑誌名

      Gastric Cancer

      巻: 25 号: 6 ページ: 1117-1122

    • DOI

      10.1007/s10120-022-01316-7

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transhiatal lower mediastinal lymph node dissection for esophagogastric junction carcinoma by interconnecting four body cavities2022

    • 著者名/発表者名
      Kurahashi Yasunori、Nakamura Tatsuro、Ishida Yoshinori、Shinohara Hisashi
    • 雑誌名

      Surgical Oncology

      巻: 43 ページ: 101793-101793

    • DOI

      10.1016/j.suronc.2022.101793

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 未来型医療の展望:AIを活用した医療の動向 4)手術におけるAIの貢献―医師の視覚・認識を支援する手術AIシステムの開発―2022

    • 著者名/発表者名
      熊頭 勇太, 小林 直, 福井雄大, 木下 和也, 中村 達郎, 北條 雄大, 隈本 力, 倉橋 康典, 石田 善敬, 篠原 尚.
    • 雑誌名

      腫瘍内科

      巻: 29(5) ページ: 591-597

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] 【内視鏡手術からみえる新しい解剖学】上部消化管 鏡視下胃切除術における網嚢の解剖(解説)2022

    • 著者名/発表者名
      中村 達郎, 倉橋 康典, 石田 善敬, 山田 重人, 篠原 尚
    • 雑誌名

      外科

      巻: 84(5) ページ: 430-434

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Development of a surgical vision system that uses artificial intelligence to display landmark anatomies during gastric cancer surgery2023

    • 著者名/発表者名
      Shinohara H, Kumazu Y, Senya S, et al
    • 学会等名
      15th International Gastric Cancer Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Decision support for surgeons from AI-based computer visiontechnology that displays landmark anatomies in real ti me.2023

    • 著者名/発表者名
      Shinohara H, Kumazu Y, Senya S, et al
    • 学会等名
      31st European Association of Endoscopic Surgery
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Infrapyloric LN dissection2023

    • 著者名/発表者名
      Shinohara H
    • 学会等名
      KINGCA Week 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of residual gastric motility function after gastrectomy using dynamic scintigraphy2023

    • 著者名/発表者名
      Nakamura T, Kitajima K, Shinohara H, et al
    • 学会等名
      American College of Surgeons 2023 Annual Congress
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development and prospects of AI-based digital image analysis for surgical support system2023

    • 著者名/発表者名
      Shinohara H, Kumazu Y, Senya S, et al.
    • 学会等名
      第78 回日本消化器外科学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 胃外科領域におけるロボット支援手術の現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      篠原 尚
    • 学会等名
      第34回内視鏡外科フォーラム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] エキスパートに匹敵する膵臓識別機能をもつAIモデルの開発2023

    • 著者名/発表者名
      中村達郎,篠原 尚,他
    • 学会等名
      第77回手術手技研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] サージカルデータを活用したAI医療機器開発 -外科医の立場より2023

    • 著者名/発表者名
      篠原 尚
    • 学会等名
      第36回日本内視鏡外科学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] EUREKAで検証する胃癌リンパ節郭清のための新しい解剖理解2023

    • 著者名/発表者名
      篠原 尚
    • 学会等名
      第36回日本内視鏡外科学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Gerota筋膜の連続性と背側胃間膜基部の至適剥離層2023

    • 著者名/発表者名
      篠原 尚, 中村 達郎, 中尾 英一郎, 北條 雄大, 晃野 秀梧, 倉橋 康典, 石田 善敬.
    • 学会等名
      第95回日本胃癌学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] コンピュータビジョンを用いた外科医の意思決定支援システムの実用化に向けた開発研究2022

    • 著者名/発表者名
      篠原 尚,熊頭 勇太, 福井 雄大, 中村 達郎, 北條 雄大, 隈本 力, 倉橋 康典, 石田 善敬, 小林 直.
    • 学会等名
      第122日本外科学会定期学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 下縦隔の脂肪の形~胸腹双方向からの合致~2022

    • 著者名/発表者名
      篠原 尚
    • 学会等名
      第122日本外科学会定期学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 腹腔鏡下結腸癌手術におけるAI を用いた臓器認識支援の試み2022

    • 著者名/発表者名
      福井 雄大, 小林 直, 熊頭 勇太, 的場 一郎, 上野 雅資, 黒柳 洋弥, 戸田 重夫, 花岡 裕, 平松 康輔, 前田 裕介, 池田 正孝, 篠原 尚.
    • 学会等名
      第122日本外科学会定期学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] AI 画像認識による術中リアルタイム解剖ナビゲーションシステムの開発2022

    • 著者名/発表者名
      一瀬 淳二, 小林 直, 篠原 尚, 松田 真以子, 章 瑠依, 橋本 浩平, 松浦 陽介, 中尾 将之, 奥村 栄,文 敏景
    • 学会等名
      第122日本外科学会定期学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] AI 手術支援システムを用いた解剖学的ランドマークの認識支援による手術教育の可能性2022

    • 著者名/発表者名
      三田 一仁, 小林 直, 熊頭 勇太, 篠原 尚, 河村 裕.
    • 学会等名
      第122日本外科学会定期学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 人体の地質学に魅せられて~層の解剖に対する私の理解の変遷とver.20222022

    • 著者名/発表者名
      篠原 尚.
    • 学会等名
      第76会手術手技研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 胃癌手術におけるAIを用いた膵臓認識モデルの有用性2022

    • 著者名/発表者名
      中村 達郎, 小林 直, 熊頭 勇太, 北條 雄大, 隈本 力, 倉橋 康典, 石田 善敬, 篠原 尚.
    • 学会等名
      第76会手術手技研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 腹腔鏡下ヘルニア修復術における臓器テクスチャを意識した精管AI認識2022

    • 著者名/発表者名
      深田恭平, 小林 直, 熊頭 勇太, 篠原 尚, 三田 一仁, 岡 優, 銭谷 成昊, 大谷 勇陽, 土井 康典, 松田 真以子, 細見 健輔.
    • 学会等名
      第76会手術手技研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 当院における腹腔鏡下結腸右半切除術の手術手技―AI による臓 器認識支援モデルを用いた合併症軽減への試み―2022

    • 著者名/発表者名
      福井 雄大, 小林 直, 熊頭 勇太, 黒柳 洋弥, 的場 周一郎, 上野 雅資, 戸田 重夫, 花岡 裕, 池田 正孝, 篠原 尚.
    • 学会等名
      第77回日本消化器外科学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] AIが見せる微細解剖のダイナミズム、ロボット支援下胃切除2022

    • 著者名/発表者名
      篠原 尚.
    • 学会等名
      第35回内視鏡外科学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 胃癌手術における手術支援AIシステム「Eureka」を用いた膵臓認識の有用性2022

    • 著者名/発表者名
      中村 達郎, 小林 直, 熊頭 勇太, 村上 幹樹, 晃野 秀梧, 北條 雄大, 中尾 英一郎, 倉橋 康典, 石田 善敬, 篠原 尚.
    • 学会等名
      第35回内視鏡外科学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] 標準外科学 第16版2022

    • 著者名/発表者名
      北野 正剛、坂井 義治、田邉 稔、池田 徳彦、大木 隆生、篠原 尚.
    • 総ページ数
      752
    • 出版者
      医学書院
    • ISBN
      9784260047821
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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