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2021 年度 実施状況報告書

12誘導心電図生成モデルを用いた新たな心臓突然死予測支援技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K08140
研究機関藤田医科大学

研究代表者

渡邉 英一  藤田医科大学, 医学部, 教授 (80343656)

研究分担者 寺本 篤司  藤田医科大学, 保健学研究科, 教授 (00513780)
祖父江 嘉洋  藤田医科大学, 医学部, 准教授 (20724793)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード突然死
研究実績の概要

日本では、年間約7万人が心臓突然死で亡くなるが、この原因の多くは急性冠症候群(急性心筋梗塞と不安定狭心症)や心筋症などの器質的疾患や、ブルガダ症候群や先天性QT延長症候群などの一次性遺伝性疾患に伴う心室性頻脈性不整脈とされる。これらは生前に何らかの心電図異常を伴うものの、それらは正常境界であったり、あるいは明らかな異常を呈しても必ずしも突然死に至るわけではない。そこで本研究では、当院で記録された80万例の12誘導心電図データを、敵対的生成ネットワーク(GAN)を用いて、心臓突然死症例の仮想心電図に変換し、変換前の心電図との差を検出評価することによって、心臓突然死リスクを予測する斬新な技術を開発することを目標とした. まず、12誘導心電図をmedical waveform format encoding rule形式に変換した。次いでパイロット研究として、既報に基づいてII,V3,V5,aVR誘導を解析に使用した。この4誘導をcsv形式とした後にpngファイル(224×224 pixels)に変換した。次いでCCUに入院した1万例の中で院内死亡例309例と年齢性別が一致した生存例309例を取り出して4種類のconvolutional neural networkモデルで解析を行った。この結果、VGG16のaccuracy(81.4%)が最も高かった。また、CNN最後の畳み込み層により抽出された特徴量をgradient-weighted class activation mappingで処理した結果、生存例のホットスポットはV3誘導のST部分であり、また、死亡例のホットスポットはV3,V5誘導のQRS波であった。今後は、心筋梗塞、ブルガダ症候群や先天性QT延長症候群など疾患ごとに解析を行うとともにチューニングを加えて転帰の予測能を向上させることを目標とする。

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

12誘導心電図の処理と解析については、民間業者の協力も得られた結果、順調に進んでいる。今回のパイロット研究では深層学習の実施要領や問題点も確認できたため、研究土台は固まったと考えている。

今後の研究の推進方策

深層学習法を用いた医用画像の診断支援事例が数多く報告されているが、正確性を向上させるためには、数多くの識別モデルと生成モデルが必要である. 心臓突然死を起こす心電図所見は多種多様で、中には正常所見のものも含まる. さらに深層学習に求められるだけのアノテーションのなされた患者データを多数準備することは極めて困難である. そこで、データ不足を補うため,GANを用いたデータ生成・変換技術により、正常や異常境界域の心電図を突然死発症例の心電図に変換できれば,より高い精度で深層学習処理が実施できるのではないかと考えている. さらに,患者一人から得られる複数のデータ群の関連性も考慮しながらデータ生成を行うことで,単なる形態的な画像変換にとどまらず発病のメカニズムをデータ内に包含できるのではないかとも考えている.準備状況としては,分担研究者らはすでに呼吸器や消化器疾患画像のGANによる画像生成にも成功しており,多くのノウハウがすでに蓄積されているため精力的に進めていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

残金204円で購入できる文房具がなかったため。次年度に繰り越して消耗品費として使用する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Automated detection scheme for acute myocardial infarction using convolutional neural network and long short-term memory2022

    • 著者名/発表者名
      Muraki Ryosuke、Teramoto Atsushi、Sugimoto Keiko、Sugimoto Kunihiko、Yamada Akira、Watanabe Eiichi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 17 ページ: e0264002

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0264002

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Safety and feasibility of a telemonitoring‐guided exercise program in patients receiving cardiac resynchronization therapy2022

    • 著者名/発表者名
      Koike Asami、Sobue Yoshihiro、Kawai Mayumi、Yamamoto Masaru、Banno Yukina、Harada Mashide、Kiyono Ken、Watanabe Eiichi
    • 雑誌名

      Annals of Noninvasive Electrocardiology

      巻: 27 ページ: e12926

    • DOI

      10.1111/anec.12926

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparison among random forest, logistic regression, and existing clinical risk scores for predicting outcomes in patients with atrial fibrillation: A report from the <scp>J‐RHYTHM</scp> registry2021

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Eiichi、Noyama Shunsuke、Kiyono Ken、Inoue Hiroshi、Atarashi Hirotsugu、Okumura Ken、Yamashita Takeshi、Lip Gregory Y. H.、Kodani Eitaro、Origasa Hideki
    • 雑誌名

      Clinical Cardiology

      巻: 44 ページ: 1305~1315

    • DOI

      10.1002/clc.23688

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Clinical phenotypes of patients with non-valvular atrial fibrillation as defined by a cluster analysis: A report from the J-RHYTHM registry2021

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Eiichi、Inoue Hiroshi、Atarashi Hirotsugu、Okumura Ken、Yamashita Takeshi、Kodani Eitaro、Kiyono Ken、Origasa Hideki
    • 雑誌名

      IJC Heart &amp; Vasculature

      巻: 37 ページ: 100885~100885

    • DOI

      10.1016/j.ijcha.2021.100885

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ambulatory electrocardiographic markers predict serious cardiac events in patients with chronic kidney disease: The Japanese Noninvasive Electrocardiographic Risk Stratification of Sudden Cardiac Death in Chronic Kidney Disease (JANIES‐CKD) study2021

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Kenichi、Kinoshita Toshio、Miwa Yosuke、Amino Mari、Yoshioka Koichiro、Yodogawa Kenji、Nakagawa Mikiko、Nakamura Kohki、Watanabe Eiichi、Nakamura Kentaro、Watanabe Tetsu、Kasamaki Yuji、Ikeda Takanori
    • 雑誌名

      Annals of Noninvasive Electrocardiology

      巻: 27 ページ: e12923

    • DOI

      10.1111/anec.12923

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ischemic Stroke Risk Assessment by Multiscale Entropy Analysis of Heart Rate Variability in Patients with Persistent Atrial Fibrillation2021

    • 著者名/発表者名
      Chairina Ghina、Yoshino Kohzoh、Kiyono Ken、Watanabe Eiichi
    • 雑誌名

      Entropy

      巻: 23 ページ: 918~918

    • DOI

      10.3390/e23070918

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Combined Assessment of D-Dimer with the Get with the Guidelines?Heart Failure Risk Score and N-Terminal Pro-B-Type Natriuretic Peptide in Patients with Acute Decompensated Heart Failure with Preserved and Reduced Ejection Fraction2021

    • 著者名/発表者名
      Naruse Hiroyuki、Ishii Junnichi、Takahashi Hiroshi、Kitagawa Fumihiko、Sakaguchi Eirin、Nishimura Hideto、Kawai Hideki、Muramatsu Takashi、Harada Masahide、Yamada Akira、Fujiwara Wakaya、Hayashi Mutsuharu、Motoyama Sadako、Sarai Masayoshi、Watanabe Eiichi、Ito Hiroyasu、Ozaki Yukio、Izawa Hideo
    • 雑誌名

      Journal of Clinical Medicine

      巻: 10 ページ: 3564~3564

    • DOI

      10.3390/jcm10163564

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Risk stratification after acute myocardial infarction by amplitude?frequency mapping of cyclic variation of heart rate2021

    • 著者名/発表者名
      Hayano Junichiro、Ueda Norihiro、Kisohara Masaya、Yuda Emi、Watanabe Eiichi、Carney Robert M.、Blumenthal James A.
    • 雑誌名

      Annals of Noninvasive Electrocardiology

      巻: 26 ページ: e12825

    • DOI

      10.1111/anec.12825

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Wall thickness‐based adjustment of ablation index improves efficacy of pulmonary vein isolation in atrial fibrillation: Real‐time assessment by intracardiac echocardiography2021

    • 著者名/発表者名
      Motoike Yuji、Harada Masahide、Ito Takehiro、Nomura Yoshihiro、Nishimura Asuka、Koshikawa Masayuki、Watanabe Eiichi、Ozaki Yukio、Izawa Hideo
    • 雑誌名

      Journal of Cardiovascular Electrophysiology

      巻: 32 ページ: 1620~1630

    • DOI

      10.1111/jce.15000

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of a poor functional capacity on the clinical outcomes in patients with a pacemaker implantation ?Results from the Japanese Heart Rhythm Society Registry ?2021

    • 著者名/発表者名
      Arimoto Takanori、Watanabe Eiichi、Kohno Ritsuko、Shimeno Kenji、Kikuchi Kan、Doi Atsushi、Inoue Kanki、Nitta Takashi、Nogami Akihiko、Abe Haruhiko、Okumura Ken
    • 雑誌名

      Journal of Arrhythmia

      巻: 37 ページ: 182~188

    • DOI

      10.1002/joa3.12459

  • [学会発表] 冠疾患集中治療室入院時の心電図画像を用いた 畳み込みニューラルネットワークによる入院患者の予後予測2021

    • 著者名/発表者名
      近藤輝将,村木亮介,寺本篤司 ,渡邉英一, 齋藤邦明, 藤田広志
    • 学会等名
      第35 回日本生体医工学会東海支部大会
  • [学会発表] 心臓病患者の変事反応とフレイルとの関連(ACCEL研究)ウェアラブル活動・心拍モニターを用いた評価2021

    • 著者名/発表者名
      森 悦子, 山田 亮, 酒井哲理, 吉岡公一郎, 網野真理, 野山駿介, 祖父江嘉洋, 石黒智也, 野村 広, 藤原稚也, 清野 健, 渡邉英一
    • 学会等名
      日本不整脈心電学会心電学関連春季大会2021
  • [学会発表] Remote monitoring in patients with cardiac implantable electrical devices in the COVID-19 era: insights from the at home study2021

    • 著者名/発表者名
      Eiichi Watanabe
    • 学会等名
      第85回日本循環器学会学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] Pre-procedural anti-arrhythmic drug therapy delays catheter ablation, promotes atrial remodeling, and increases arrhythmia recurrence in patients with paroxysmal atrial fibrillation2021

    • 著者名/発表者名
      阪野有希菜, 原田将英, 武田 淳, 伊藤丈浩, 西村明日香, 野村佳広, 本池雄二, 越川真行, 渡邉英一, 尾崎行男, 井澤英夫
    • 学会等名
      第85回日本循環器学会学術集会
  • [学会発表] Prognostic value of combination of urinary liver-type fatty acid-binding protein and plasma b-type natriuretic peptide for predicting long-term adverse outcomes.2021

    • 著者名/発表者名
      Naruse H, Ishii J, Nishimura H, Ohta M, Sakaguchi E, Kawai H, Muramatsu T, Harada M, Yamada A, Hayashi M, Tanizawa S, Sarai M, Watanabe E, Ozaki Y, Izawa H.
    • 学会等名
      第85回日本循環器学会学術集会

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公開日: 2022-12-28  

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