深層学習、シミュレーション、統計モデルを融合した人工股関節手術の意思決定支援

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01176
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分90:人間医工学およびその関連分野
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 佐藤 嘉伸 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (70243219)
• 研究分担者: 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) ; SOUFI MAZEN 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (80823525) ; 菅野 伸彦 大阪大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座教授 (70273620) ; 高尾 正樹 大阪大学, 大学院医学系研究科, 講師 (30528253) ; 上村 圭亮 大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (70871367) ; 三木 秀宣 独立行政法人国立病院機構大阪医療センター(臨床研究センター), その他部局等, 機関長・部門長クラス (10335391) ; 鍵山 善之 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (30506506) ; 高木 周 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30272371) ; 田中 正夫 香川高等専門学校, 校長, 校長 (40163571) ; 日朝 祐太 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (00848997)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 変形性股関節症 / 人工関節 / 筋骨格 / 手術DX / 手術AI / CT / 筋肉セグメンテーション

研究成果の概要

医用画像から術前後の筋骨格(特に、個別筋肉)の高精度自動認識AIシステムを開発した。人工股関節手術患者の術前後画像/手術情報/運動機能検査等を含む大規模データベースから、従来、考慮されていなかった患者毎の個別筋肉を含む筋骨格の詳細なデータを利用し、患者(疾患)・手術の統計モデルを構築するための方法を開発した。患者毎の筋骨格データ用いて、統計モデルと患者毎生体力学シミュレーションによる最適手術計画、患者運動機能予測を行うための方法を検討した。これらの開発により、股関節疾患の患者に限らず、広く、患者毎の個別筋肉の情報をフル活用した診断/治療の最適化の可能性を拓いた。

自由記述の分野

生体医工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

CT画像とX線画像から、解剖学書水準の詳細さで個別筋肉と骨格の詳細情報(形状/筋肉量/筋肉密度分布/骨密度分布等)を、高精度に自動認識するAIを開発した点は、人工股関節患者/手術の解析のみならず、広く人体に関する学術研究、および、社会(医療、スポーツ)に対しての新たな可能性を開拓する成果である。個人の詳細な筋肉データを高精度かつ簡便に取得できるシステムを世界で初めて開発できたと考えている。人工股関節患者の大規模データベースと合わせて、これら患者の筋骨格のデジタル化は、今後の人工関節の開発、手術AI、手術ロボット、リハビリロボット開発等にも活用できると考える。