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

2022 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, 非常勤講師 (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 / 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、パノラマX線画像における下顎管や顎裂の検出、転移学習による上顎洞炎の診断、造影CTにおける頸部リンパ節転移の領域抽出と診断、MRIにおける顎関節円板の領域抽出、および嚥下造影検査の造影剤の領域抽出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、コロナ禍でweb開催の学会での発表が主となった。
研究の打合せは、メールやWeb会議でおこなっている。

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、多施設共同で研究を行ない、現在論文投稿中である。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、その精度を検討し、研究成果をまとめ学会および論文に発表予定である。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：コロナ禍で海外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2023年度交付額をあわせた使用計画：新しいAIモデルおよび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] 大阪歯科大学附属病院中央画像検査室における過去10年間の画像検査の変遷および今後の展望 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小滝真也、蒲生祥子、高橋梢吾、財家俊幸、高石江里奈、近藤淳史、森勢里美、秋山広徳、有地淑子
  • 雑誌名: 歯科医学 巻: 85(1) ページ: 14-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] Segmentation of metastatic cervical lymph nodes from CT images of oral cancers using deep-learning technology. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ariji Y, Kise Y, Fukuda M, Kuwada C, Ariji E.
  • 雑誌名: Dentomaxillofac Radiol. 巻: 51(4) ページ: 20210515
  • DOI: 10.1259/dmfr.20210515.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 口腔顎顔面疾患診断への人工知能の応用―歯科放射線領域での人工知能― (2022)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子
  • 雑誌名: 歯界展望 巻: 2022特別号 ページ: 130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orthodontic tooth movement-activated sensory neurons contribute to enhancing osteoclast activity and tooth movement through sympathetic nervous signalling. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kondo H, Kondo M, Hayashi K, Kusafuka S, Hamamura K, Tanaka K,,Kodama D, Hirai T, Sato T, Ariji Y, Miyazawa K, Ariji E, Goto S, Togari A.
  • 雑誌名: Eur J Orthod 巻: 44(4) ページ: 404-411
  • DOI: 10.1093/ejo/cjab072.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A preliminary deep learning study on automatic segmentation of contrast-enhanced bolus in videofluorography of swallowing. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ariji Y, Gotoh M, Fukuda M, Watanabe S, Nagao T, Katsumata A, Ariji E.
  • 雑誌名: Sci Reports 巻: 12(1) ページ: 18754
  • DOI: 10.1038/s41598-022-21530-8.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Automatic visualization of the mandibular canal in relation to an impacted mandibular third molar on panoramic radiographs using deep learning segmentation and transfer learning techniques. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ariji Y, Mori M, Fukuda M, Katsumata A, Ariji E.
  • 雑誌名: Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 巻: 134(6) ページ: 749-757
  • DOI: 10.1016/j.oooo.2022.05.014.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Classification of first and second branchial arch syndrome: study report 1-development of a measurement method using three-dimensional computed tomography data. (2022)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Y, Minami K, Niimi T, Imura H, Sakuma C, Akiyama Y, Akiyama Y, Furukawa H, Ariji Y, Ariji E, Natsume N
  • 雑誌名: Aichi Gakuin Dent Sci 巻: 35(1) ページ: 23-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of unilateral and bilateral cleft alveolus on panoramic radiographs using a deep-learning system. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuwada C, Ariji Y, Kise Y, Fukuda M, Ota J, Ohara H, Kojima N, Ariji E.
  • 雑誌名: Dentomaxillofac Radiol. 巻: Online ahead of print. ページ: 20210436
  • DOI: 10.1259/dmfr.20210436.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transfer learning in diagnosis of maxillary sinusitis using panoramic radiography and conventional radiography. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kotaki S, Nishiguchi T, Araragi M, Akiyama H, Fukuda M, Ariji E, Ariji Y.
  • 雑誌名: Oral Radiol 巻: Online ahead of print. ページ: 0
  • DOI: 10.1007/s11282-022-00658-3.
  • 査読あり / 国際共著
• [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回日本画像医学会東京(Web開催)
  • 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 東京 (Web開催)
  • 招待講演
• [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 (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76回NPO法人日本口腔科学会学術集会 福岡 (Web開催)
• [学会発表] パノラマX線写真による智歯抜歯時の難易度を予測する人工知能深層学習システム (2022)
  • 著者名/発表者名: 壇上敦、桒田千亜紀、荒巻亮太、森啓輔、合島怜央奈、福田元気、有地淑子、有地榮一郎、山下佳雄
  • 学会等名: 第76回NPO法人日本口腔科学会学術集会 福岡 (Web開催)
• [学会発表] Segmentation of metastatic cervical lymph nodes from CT images of oral cancers using deep learning technology. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ariji Y, Kise Y, Fukuda M, Kuwada C, Ariji E
  • 学会等名: 13th ACOMFR and 17th JSOMR13th ACOMFR and 17th JSOMR Gifu(Web開催)
  • 国際学会
• [学会発表] Comparison of three deep learning neural networks for classifying the relationship between the mandibular third molar and canal on panoramic radiographs (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukuda M， Ariji Y， Kise Y， Nozawa M，Kuwada C，Funakoshi T， Muramatsu C，Fujita H,Katsumata A，Ariji E
  • 学会等名: 13th ACOMFR and 17th JSOMR13th ACOMFR and 17th JSOMR Gifu(Web開催)
  • 国際学会
• [学会発表] A deep learning system to predict 3-dimensional contact status between mandibular third molar and mandibular canal using panoramic radiographs (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukuda M，Naitoh M，Kise Y，Ariji Y, Fujita H, Katsumata A，Ariji E
  • 学会等名: 13th ACOMFR and 17th JSOMR13th ACOMFR and 17th JSOMR Gifu(Web開催)
  • 国際学会
• [学会発表] Deep learning system for detection of unilateral and bilateral cleft alveoli on panoramic radiographs (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuwada C，Ariji Y，Kise Y，Fukuda M, Ariji E
  • 学会等名: 13th ACOMFR and 17th JSOMR13th ACOMFR and 17th JSOMR Gifu(Web開催)
  • 国際学会
• [学会発表] Deep learning systems for diagnosing an accompanied cleft palate on panoramic radiographs in patients with cleft alveolus (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuwada C，Ariji Y，Kise Y，Fukuda M, Nishiyama M，Funakoshi T，Ariji E
  • 学会等名: 13th ACOMFR and 17th JSOMR13th ACOMFR and 17th JSOMR Gifu(Web開催)
  • 国際学会
• [学会発表] 最新の画像診断法とその活用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子
  • 学会等名: 大阪府歯科医師会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 病変を明示する前処理はパノラマX線画像における顎骨嚢胞様病変の深層学習を利用した診断能を改善する (2022)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子、荒木和之、福田元気、桒田千亜紀、木瀬祥貴、野澤道仁、有地榮一郎
  • 学会等名: 日本歯科放射線学会第３回秋季学術大会 北海道医療大学(Web開催)
• [学会発表] 3T MRIによる歯根膜描出の可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小滝真也、坂本潤一郎、蘭満莉乃、秋山広徳、有地淑子
  • 学会等名: 日本歯科放射線学会第３回秋季学術大会 北海道医療大学(Web開催)
• [学会発表] 人工知能による2施設間パノラマX線写真での顎下腺唾石に対する転移学習の有効性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石橋謙一郎，有地淑子，桒田千秋，木村将士，橋本健吾，梅村昌宏，渋谷恭之，長尾徹，有地榮一郎
  • 学会等名: 第67回日本口腔外科学会総会・学術大会 千葉
• [学会発表] Generic skill visualization using assessment tests (2022)
  • 著者名/発表者名: Masuno K, Nishikawa T, Sakashita K, Eto S, Wang PL, Honda Y, Ariji Y, Akiyama H, Kawazoe T.
  • 学会等名: 33th Annual Scientific Conference of SEAADE 2022 Siem Reap (Cambodia)
  • 国際学会
• [学会発表] パノラマX線撮影と従来型X線撮影を用いた上顎洞炎診断における転移学習 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小滝真也、福田元気、西口嵩人、蘭満莉乃、秋山広徳、有地榮一郎、有地淑子
  • 学会等名: 日本歯科放射線学会第 41 回関西・九州合同地方会 金沢
• [学会発表] 大阪歯科大学附属病院における3T MRI導入プロセス (2022)
  • 著者名/発表者名: 蘭満莉乃、小滝真也、秋山広徳、近藤淳史、有地淑子
  • 学会等名: 日本歯科放射線学会第 41 回関西・九州合同地方会 金沢
• [図書] 必携 視覚で学ぶ歯科放射線学 (著書分担) IV画像診断 3.顎骨炎症 (2022)
  • 著者名/発表者名: 有地淑子、有地榮一郎
  • 総ページ数: 169
  • 出版者: 砂書房
  • ISBN: 978-4-907008-15-4