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2021 年度 実施状況報告書

音情報と人工知能を用いた針筋電図放電の自動診断システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K07877
研究機関天理医療大学

研究代表者

野寺 裕之  天理医療大学, 医療学部, 特別研究員 (40363147)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード針筋電図 / 音特徴量 / 人工知能 / AI
研究実績の概要

神経・筋疾患の患者で行われた針筋電図検査で得られた安静時放電のデータベース化し、臨床的に重要な放電を分類した。分類された放電ファイルを2秒ごとに分割した。
手法1)それぞれの放電ファイルを用いて音特徴量をソフトウェアにより抽出した。機械学習的手法を用いて6種類の安静時放電の判別を試みたところ、正判別率は90.4%であった。具体的には以下の放電を対象とした(endplate potential; fibrillation potential and positive sharp wave; myotonic discharge; noise artifact; complex repetitive discharge; fasciculation potential)。 Nodera H, Osaki Y, Yamazaki H, Mori A, Izumi Y, Kaji R.
Classification of needle-EMG resting potentials by machine learning. Muscle Nerve. 2019;59:224-228.

手法2)手法1と同一の放電データファイルを用いて実験を行った。針筋電図放電から得られた音情報をメルスペクトログラムに画像変換を行い、得られた画像を教師データとテストデータに分割した。それらのデータを用いて畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いてディープラーニングを行った。画像データ増幅を行ったところ、正判別率は100%まで増加した。Nodera H, Osaki Y, Yamazaki H, Mori A, Izumi Y, Kaji R. Deep learning for waveform identification of resting needle electromyography signals. Clin Neurophysiol. 2019;130:617-623.
実用化に向けてデータ数を増やし、また判別力の高いディープラーニングネットワークを検討している。実用化に向けて実証プログラムを作成した.

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

2つの異なる手法を用い、安静時放電の判別を行った。以下に記載する参考文献として示す通り、英文雑誌2報に掲載されたことより、研究はおおむね順調に進展していると考えている。引き続きデータの集積を行っているが、稀な放電パターンに対するデータ数が伸び悩んでいる。 参考文献 Nodera H, Osaki Y, Yamazaki H, Mori A, Izumi Y, Kaji R. Classification of needle-EMG resting potentials by machine learning. Muscle
Nerve.2019;59:224-228.
Nodera H, Osaki Y, Yamazaki H, Mori A, Izumi Y, Kaji R. Deep learning for waveform identification of resting needle electromyography
signals. Clin Neurophysiol. 2019;130:617-623.

今後の研究の推進方策

安静時放電6種類を用いて深層学習を行う人工知能的判別法は高精度で可能であることが本年度の研究で示された。
今後の課題としては、筋原性および神経原性放電の鑑別が可能であるか、データを蓄積して検討を行う予定である。臨床データのみの集積では限界がある可能性も考え、動物モデルからのデータ収集も予定している。すでに発表した英語論文の内容を踏まえ、データ数を多くし、別の深層学習ネットワークにても判別を試みていく。

次年度使用額が生じた理由

研究者の異動により研究環境の立ち上げに時間を要したため.予定通り計画を実行していく.

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] LSTM Neural Network for Inferring Conduction Velocity Distribution in Demyelinating Neuropathies2021

    • 著者名/発表者名
      Nodera Hiroyuki、Matsui Makoto
    • 雑誌名

      Frontiers in Neurology

      巻: 12 ページ: 0-0

    • DOI

      10.3389/fneur.2021.699339

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Peripheral nerve dysfunction in a patient with thyrotoxic periodic paralysis: Evidence from an axonal prolonged exercise test2021

    • 著者名/発表者名
      Osaki Yusuke、Nodera Hiroyuki、Fukumoto Tatsuya、Kaji Ryuji、Izumi Yuishin
    • 雑誌名

      Clinical Neurophysiology

      巻: 132 ページ: 1496~1498

    • DOI

      10.1016/j.clinph.2021.04.006

    • 査読あり
  • [学会発表] Deep learning approach to infer conduction velocity distribution in demyelinating neuropathies2021

    • 著者名/発表者名
      野寺裕之
    • 学会等名
      日本神経学会

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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