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2021 年度 実施状況報告書

光干渉断層法イメージングを応用した新しい冠動脈石灰化モデルの作成と治療機器の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K08142
研究機関岩手医科大学

研究代表者

石田 大  岩手医科大学, 医学部, 准教授 (20400484)

研究分担者 伊藤 智範  岩手医科大学, 医学部, 教授 (30347851)
土井 章男  岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 教授 (60271839)
森野 禎浩  岩手医科大学, 医学部, 教授 (90408063)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード虚血性心疾患 / 石灰化 / 光干渉断層法 / 深層学習
研究実績の概要

今回、実臨床で得られた光干渉断層法(OCT)画像を用い、(1)得られた画像に含まれるの石灰化データから、全く新しい冠動脈の実験モデルをシミュレーターや3Dプリンタを用いて作成することを第一の目的とした。(2)そしてこの新しい冠動脈実験モデルを用いてステントの拡張が再現できるかどうか、(3)さらに、現在使用できる冠動脈石灰化の治療デバイスの効果を比較し、冠動脈石灰化治療の新しいデバイス開発に結びつく基礎データを取得することを今回の研究の目的としていた。
冠動脈の石灰化は光干渉断層法(OCT)を用いた冠動脈内画像診断装置にて鮮明に描出する事が可能である。そのため、得られた画像の石灰化だけをコンピューターソフトを用いて抽出し、冠動脈内の石灰化部分を3Dプリンタを用いて再現することを試みることを当初の研究目標とした。
研究開始後にコロナ禍となり、他施設の設備(3Dプリンタ)を共用で利用する研究が困難となった。そこで、冠動脈石灰化をコンピュータによる深層学習を用いて半自動で抽出できるシステム作りを1年間行った。
結果、臨床データを用いて確認することが可能な段階まで到達することができた。昨年度は工学系の国際学会でシステムを公表し、一定の評価を得ている。また、データセットで用いた冠動脈OFDI画像を用いてIVUS画像との比較を行い、その所見を論文化している(Ishida M, Oshikiri Y, Kimura T, Sakamoto R, Shimoda Y, Ishikawa Y, Koeda Y, Taguchi Y, Itoh T, Morino Y. High-definition intravascular ultrasound versus optical frequency domain imaging for the detection of calcium modification and fracture in heavily calcified coronary lesion. Int J Cardiovasc Imaging. 2022 in Press.)。

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

コロナ禍で3Dプリンタによる石灰化モデルの作成やそれを用いた実験は実施できなかったが、2年目は石灰化を抽出するシステム開発に注力し、冠動脈石灰化を深層学習で検出するシステムを確立した。
今後はそのシステムを使用し、実際に石灰化が抽出できるかを検証する段階となっている。
その検証のためには開発に用いた画像データセットとは異なる画像データが必要なため、現在データセットを作成中であるが、研究の3年目にその検証を行う目処がついている。

今後の研究の推進方策

令和4年度には石灰化の自動抽出システムの確立を行い、臨床画像データで正確性を確認する。
そして、その結果を下に論文化を目指す。
コロナ禍に他大学との共同で石灰化画像の3Dプリンタ出力実験を行うことは困難であるが、バーチャル画像で石灰化に有効な治療を検証することが可能となりそうな目処がついてきたため、3Dプリンタでの実験にこだわらずに研究を推進していきたい。

次年度使用額が生じた理由

コロナ禍のため、当初予定していた国内外の学会に参加するための旅費が不要となった。そのため、研究促進に繋がる用途に変更した。社会状況が変化してきた場合、学会に出席して研究成果を会場で発表する可能性もある。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] High-definition intravascular ultrasound versus optical frequency domain imaging for the detection of calcium modification and fracture in heavily calcified coronary lesion2022

    • 著者名/発表者名
      Ishida M, Oshikiri Y, Kimura T, Sakamoto R, Shimoda Y, Ishikawa Y, Koeda Y, Taguchi Y, Itoh T, Morino Y.
    • 雑誌名

      The International Journal of Cardiovascular Imaging

      巻: 00 ページ: in Press

    • DOI

      10.1007/s10554-021-02521-8

    • 査読あり
  • [学会発表] Evaluation of thickness of coronary calcium by high-definition intravascular ultrasound: head-to-head comparison with optical frequency domain imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Oshikiri Y, Ishida M, Sakamoto R, Kimura T, Shimoda Y, Ishikawa Y, Tsuji K, Itoh T, MorinoY
    • 学会等名
      第86回日本循環器学会総会・学術集会
    • 国際学会
  • [学会発表] Automatic extraction and visualization of coronary artery calcium by optical frequency domain imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Oikawa R, Doi A, Ishida M, Chakraborty B
    • 学会等名
      27th International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 27th 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] High-definition intravascular ultrasound versus optical frequency domain imaging for detection of calcium modification and fracture in heavily calcified coronary lesion2021

    • 著者名/発表者名
      Ishida M, Oshikiri Y, Sakamoto R, Kimura T, Shimoda Y, Ishikawa Y, Tsuji K, Itoh T, MorinoY
    • 学会等名
      第85回日本循環器学会総会・学術集会
    • 国際学会
  • [学会発表] 深層学習を用いた冠動脈OCT画像からの石灰化領域抽出2021

    • 著者名/発表者名
      及川遼,加藤徹,土井章男,バサビ チャクラボルティ,石田大
    • 学会等名
      電子情報通信学会医用画像研究会
  • [学会発表] 冠動脈OCT画像からの石灰化領域抽出および可視化手法2021

    • 著者名/発表者名
      及川遼,加藤徹,土井章男,石田大
    • 学会等名
      電子情報通信学会医用画像研究会

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公開日: 2022-12-28  

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