人工関節患者の筋骨格動態四次元認識システムの開発

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H04550
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90130:医用システム関連
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 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)
• 研究分担者: 平島 雅也 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所脳情報通信融合研究センター, 主任研究員 (20541949) ; 田中 康仁 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (30316070) ; 高尾 正樹 大阪大学, 大学院医学系研究科, 講師 (30528253) ; 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) ; 菅野 伸彦 大阪大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座教授 (70273620) ; 上村 圭亮 大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (70871367) ; 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)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 患者個別筋骨格モデリング / 四次元動態認識 / 人工関節患者 / X線動画像 / 非侵襲筋骨格動態計測

研究成果の概要

本研究は、人工関節患者の筋骨格動態を四次元で解析するシステムを開発することを目指した。高精度の筋骨格解剖モデルの構築、個体間の解剖バリエーションの推定、動態変形バリエーションの推定、そしてこれらのバリエーションを学習したAIの構築を行った。具体的には、668症例の人工股関節患者の下肢全体CTのデータベースから、59個の筋骨格部位の全自動領域抽出を行い、統計形状モデルを構築するとともに、これを用いて一部分のみを撮影したCTから下肢全体を推定し、筋骨格動態シミュレーションシステム（AnyBody）での患者個別の下肢全体筋骨格動態解析を実現した。

自由記述の分野

医用画像解析

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、人工関節患者の筋骨格動態の詳細な理解と診断の精度向上を目指し、筋骨格解剖モデルの高度化とAIによる四次元認識システムの開発を行った。これにより、個々の患者の身体構造のバリエーションと動態変形を正確に評価し、個別化された治療プランの提供やリハビリテーションの効果向上に寄与する可能性がある。さらに、医療分野のAI技術の進化とともに、本研究の成果は適応範囲を広げ、健康な個体の運動機能の評価やスポーツ科学、生物力学の分野における新たな知見をもたらす可能性がある。このような取り組みは、健康増進と高齢社会におけるQOLの向上に貢献すると考える。