人工知能は歯科画像診断で重大な疾患の見落としを防止する：多施設共同研究

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K10194
• 研究機関: 大阪歯科大学
• 研究代表者: 有地 淑子 大阪歯科大学, 歯学部, 教授 (60232063)
• 研究分担者: 有地 榮一郎 愛知学院大学, 歯学部, 教授 (00150459) ; 福田 元気 愛知学院大学, 歯学部, 助教 (20750590) ; 勝又 明敏 朝日大学, 歯学部, 教授 (30195143) ; 河合 泰輔 日本歯科大学, 生命歯学部, 教授 (30350143) ; 木瀬 祥貴 愛知学院大学, 歯学部, 講師 (30513197) ; 小林 馨 鶴見大学, 歯学部, 教授 (50139614) ; 荒木 和之 昭和大学, 歯学部, 教授 (50184271)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 人工知能 / 画像診断支援 / 多施設共同研究

研究実績の概要

本研究は歯科で見落としてはいけない重要疾患を、人工知能の最新技術であるディープラーニングを多施設共同で利用することにより、95%を超えるような高い診断能を有する画像診断支援システムを構築することである。対象は歯周炎、顎骨腫瘍、顎関節症、骨粗鬆症、口腔癌、頸部リンパ節や口腔乾燥症等とする。口腔癌や頸部リンパ節のCT、超音波画像診断の根拠は病理組織学所見に基づく。シェーグレン症候群は診断基準に基づく。顎関節症のCT、MRI診断の根拠は臨床症状あるいは多観察者の診断に基づく。パノラマＸ線画像診断の根拠はCT、歯科用コーンビームCT、歯内顕微鏡検査あるいは臨床症状に基づく。本研究は歯学部倫理委員会の承認を得て研究に着手している。 ディープラーニングシステムの構築と解析は愛知学院大学、朝日大学、昭和大学および日本歯科大学において行う。汎用性の高いWindows OS、 NVIDIS GPU、Sony neural network consoleより構成されるPCを新規購入した。会議やネット会議で研究打合せを行う。
本年度は、多施設共同研究で、CTにおける頸部リンパ節の自動検出、MRIにおける関節円板の領域分割、超音波像におけるシェーグレン症候群の診断、パノラマX線画像における顎骨嚢胞、上顎洞炎、顎裂、関節突起骨折、唾石等の検出・診断についての研究を行なった。２施設以上の画像を加えて学習させたり、あるいは転移学習を行ったりした。成果はシンポジウムや論文において発表を行った。

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

研究は、当初の計画通りに順調に進み、学会誌へ投稿中、あるいは掲載に至っている。
研究の成果発表は、研究代表者の転勤およびコロナ禍での出張制限により、出張があまりできていない。
研究の打合せは、メールおよび郵便でおこなっている。

今後の研究の推進方策

昨年度に引き続き、多施設共同研究を遂行していく予定である。パノラマＸ線画像における智歯と下顎管の領域分割、嚥下造影像における造影領域の分割について、多施設共同で研究を行ない、現在論文投稿中である。パノラマＸ線画像における顎嚢胞/腫瘍の検出・診断については、複数のニューラルネットワークを使ってどのモデルが最適かを検討中であり、研究成果をまとめ学会および論文に発表予定である。またMRIを用い対象疾患をひろげ、ディープラーニングモデルの作成を行い、その精度を検討する予定である。
本研究を通して、歯科放射線専門医のいない施設や遠隔地における画像診断支援につながるものと期待される。また、研修医 や未熟練の歯科医師への教育効果も期待でき、がんの見落としを防止し、診断や治療方針立案の一助となるものと考えられる。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額が生じた理由：研究代表者が年度途中で転勤になったこと、およびコロナ禍で海外出張、国内出張の自粛が求められ、研究打合せ旅費および研究の成果発表旅費が使用できなかった。
次年度使用額と2022年度交付額をあわせた使用計画：データ解析のための物品購入、研究打合せ旅費、研究成果発表旅費、論文作成費用、画像のアノテーションのための研究補助

研究成果

• [雑誌論文] Performance of deep learning technology for evaluation of positioning quality in periapical radiography of the maxillary canine. (2022)
  • 著者名/発表者名: Mori M, Ariji Y, Fukuda M, Kitano T, Funakoshi T, Nishiyama W, Kohinata K, Iida Y, Ariji E, Katsumata A.
  • 雑誌名: Oral Radiol 巻: 38(1) ページ: 147-154
  • DOI: 10.1007/s11282-021-00538-2.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Automatic segmentation of the temporomandibular joint disc on magnetic resonance images using a deep learning technique. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nozawa M, Ito H, Ariji Y, Fukuda M, Igarashi C, Nishiyama M, Ogi N, Katsumata A, Kobayashi K, Ariji E.
  • 雑誌名: Dentomaxillofac Radiol 巻: 51(1) ページ: 20210185
  • DOI: 10.1259/dmfr.20210185.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficacy of a deep leaning model created with the transfer learning method in detecting sialoliths of the submandibular gland on panoramic radiography. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi K, Ariji Y, Kuwada C, Kimura M, Hashimoto K, Umemura M, Nagao T, Ariji E.
  • 雑誌名: Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol. 巻: 133(2) ページ: 238-244
  • DOI: 10.1016/j.oooo.2021.08.010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of a lead block on alveolar bone protection in image-guided high-dose-rate interstitial brachytherapy for tongue cancer: using model-based dose calculation algorithms to correct for inhomogeneity. (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiyama H, Yoshida K, Takenaka T, Kotsuma T, Masui K, Monzen H, Sumida I, Tsujimoto Y, Miyao M, Okumura H, Shimbo T, Takegawa H, Murakami N, Inaba K, Kashihara T, Takcsi-Nagy Z, Tselis N, Yamazaki H, Tanaka E, Nihei K, Ariji Y.
  • 雑誌名: J Contemp Brachytherapy. 巻: 14(1) ページ: 87-95
  • DOI: 10.5114/jcb.2022.113232.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Automatic detection of cervical lymph nodes in patients with oral squamous cell carcinoma using a deep learning technique: a preliminary study. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ariji Y, Fukuda M, Nozawa M, Kuwada C, Goto M, Ishibashi K, Nakayama A, Sugita Y, Nagao T, Ariji E.
  • 雑誌名: Oral Radiol 巻: 37(2) ページ: 290-296
  • DOI: 10.1007/s11282-020-00449-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computed tomographic features of synovial chondromatosis of the temporomandibular joint with a few small calcified loose bodies. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama M, Nozawa M, Ogi N, Ariji Y, Fukuda M, Kise Y, Naitoh M, Kuwada C, Kurita K, Ariji E.
  • 雑誌名: Oral Radiol 巻: 37(2) ページ: 236-244
  • DOI: 10.1007/s11282-020-00438-x.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of 1 year of training on the performance of ultrasonographic image interpretation: A preliminary evaluation using images of Sjogren syndrome patients. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kise Y, Moystad A, Bjornland T, Shimizu M, Ariji Y, Kuwada C, Nishiyama M, Funakoshi T, Yoshiura K, Ariji E.
  • 雑誌名: Imaging Sci Dent 巻: 51(2) ページ: 129-136
  • DOI: 10.5624/isd.20200294
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep learning object detection of maxillary cysts on panoramic radiographs (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Ariji Y, Fukuda M, Kuwada C, Kise Y, Nozawa M, Sugita Y, Ariji E.
  • 雑誌名: Oral Radiol 巻: 37(3) ページ: 487-493
  • DOI: 10.1007/s11282-020-00485-4.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cone-beam computed tomography classification of the mandibular second molar root morphology and its relationship to panoramic radiographic appearance (2021)
  • 著者名/発表者名: Funakoshi T, Shibata T,Inamoto K, Shibata N, Ariji Y, Fukuda M, Nakata K, Ariji E.
  • 雑誌名: Oral Radiol 巻: 37(3) ページ: 494-501
  • DOI: 10.1007/s11282-020-00486-3.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection and classification of unilateral cleft alveolus with and without cleft palate on panoramic radiographs using a deep learning system. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuwada C, Ariji Y, Kise Y, Funakoshi T, Fukuda M, Kuwada T, Gotoh K, Ariji E.
  • 雑誌名: Sci Reports 巻: 11(1) ページ: 16044
  • DOI: 10.1038/s41598-021-95653-9.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preliminary Study on the Diagnostic Performance of a Deep Learning System for Submandibular Gland Inflammation Using Ultrasonography Images. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kise Y, Kuwada C, Ariji Y, Naitoh M, Ariji E.
  • 雑誌名: J Clin Med 巻: 10(19) ページ: 4508
  • DOI: 10.3390/jcm10194508.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Performance of deep learning models constructed using panoramic radiographs from two hospitals to diagnose fractures of the mandibular condyle (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama M, Ishibashi K, Ariji Y, Fukuda M, Nishiyama W, Umemura M, Katsumata A, Fujita H, Ariji E.
  • 雑誌名: Dentomaxillofac Radiol 巻: 50(7) ページ: 20200611
  • DOI: 10.1259/dmfr.20200611.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A deep transfer learning approach for the detection and diagnosis of maxillary sinusitis on panoramic radiographs (2021)
  • 著者名/発表者名: Mori M, Ariji Y, Katsumata A, Kawai T, Araki K, Kobayashi K, Ariji E.
  • 雑誌名: Odontology 巻: 109(4) ページ: 941-948
  • DOI: 10.1007/s10266-021-00615-2.
  • 査読あり
• [学会発表] 今さら聞けないデンタルインプラントの画像診断 (2022)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子
  • 学会等名: 第41回日本画像医学会（シンポジウム）
  • 招待講演
• [学会発表] 研究テーマに適したAI応用法の見つけ方 (2022)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子
  • 学会等名: 第4回歯科AI研究会 (教育講演)
  • 招待講演
• [学会発表] Deep Learningを用いたパノラマエックス線画像における口蓋裂の自動診断 (2022)
  • 著者名/発表者名: 桒田千亜紀、有地淑子、木瀬祥貴、福田元気、西山雅子、船越拓磨、有地榮一郎
  • 学会等名: 第4回歯科AI研究会
• [学会発表] 人工知能ディープラーニング・セグメンテーション手法を用いた嚥下造影検査の造影領域の自動抽出 (2021)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子、後藤真一、福田元気、渡邉哲、長尾 徹、有地榮一郎
  • 学会等名: 第75回NPO法人日本口腔科学会学術集会
• [学会発表] 異なる2施設のパノラマX線画像によって構築した関節突起骨折診断のための深層学習モデルの性能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西山雅子、石橋謙一郎、有地淑子、福田元気、西山航、梅村昌宏、勝又明敏、有地榮一郎
  • 学会等名: 第75回NPO法人日本口腔科学会学術集会
• [学会発表] 超解像畳み込みニューラルネットワークを適用してCBCT軟組織画像の軟組織ウィンドウ品質を向上させる (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田元気、有地淑子、内藤宗孝、野澤道仁、桒田千亜紀、西山雅子、船越拓磨、藤田広志、勝又明敏、有地榮一郎
  • 学会等名: NPO法人日本歯科放射線学会第61回学術大会・第17回定例総会
• [学会発表] 深層学習を用いたパノラマX線画像における片側性顎裂の検出と分類 (2021)
  • 著者名/発表者名: 桒田千亜紀、有地淑子、福田元気、桒田勤、後藤賢一、有地榮一郎
  • 学会等名: NPO法人日本歯科放射線学会第61回学術大会・第17回定例総会
• [学会発表] 口腔顎顔面放射線画像診断におけるAI (2021)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子、有地榮一郎
  • 学会等名: 第45回日本頭頸部癌学会（シンポジウム）
  • 招待講演
• [学会発表] AIを用いた顎関節関節円板のMRIにおける自動セグメンテーションについて (2021)
  • 著者名/発表者名: 野澤道仁、伊藤宏和、有地淑子、福田元気、五十嵐千浪、西山雅子、小木信美、勝又明敏、小林馨、荒木和之、有地榮一郎
  • 学会等名: 第3回歯科AI研究会
• [学会発表] 歯科パノラマX線画像における深層学習を用いた歯牙の検出と歯種の分類 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森下拓水、村松千左子、清野雄多、高橋龍、林達郎、西山航、有地淑子、周向栄、原武史、有地榮一郎、勝又明敏、藤田広志
  • 学会等名: 第3回歯科AI研究会
• [学会発表] 歯科放射線領域での人工知能 (2021)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子
  • 学会等名: 第24回日本歯科医学会総会（シンポジウム）
  • 招待講演
• [学会発表] 大阪歯科大学附属病院中央画像検査室における過去10年間の画像検査数推移および今後の展望 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小滝真也, 蒲生祥子, 髙橋梢吾,財家俊幸, 髙石江里奈, 近藤淳史, 吉田麻美, 森勢里美, 秋山広徳, 有地淑子
  • 学会等名: 日本歯科放射線学会 第２回秋季学術大会
• [学会発表] Deep learningを用いたパノラマエックス線画像における歯科インプラント体の検出と種類識別の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 浅海利恵子、有地淑子、福田元気、林宗廣、坂本彩香、有地榮一郎、河合泰輔
  • 学会等名: 日本歯科放射線学会 第２回秋季学術大会
• [学会発表] 深層学習システムを用いたパノラマX線画像における片側および両側顎裂の自動検出 (2021)
  • 著者名/発表者名: 桒田 千亜紀、有地 淑子、木瀬 祥貴、福田 元気、有地 榮一郎
  • 学会等名: 日本歯科放射線学会 第２回秋季学術大会
• [学会発表] 深層学習システムによる顎下腺炎の超音波画像の診断精度 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木瀬 祥貴、桒田 千亜紀、有地 淑子、内藤 宗孝、福田 元気、西山 雅子、船越 拓磨、有地 榮一郎
  • 学会等名: 日本歯科放射線学会 第２回秋季学術大会