股関節X線画像から大腿骨近位部骨密度を推定するシステムの構築

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K16655
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 上村 圭亮 大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (70871367)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 骨密度予測 / 人工知能 / 骨塩定量 / 骨粗鬆症 / 深層学習

研究実績の概要

骨粗鬆症の診断にはDual-energy X-ray absorptiometry (DXA)による骨密度測定が国内外のガイドラインにて推奨されている。しかし、DXAを導入している施設は限定的であるため、骨粗鬆症の診断や続発する脆弱性骨折の予防が十分に行われていないのが現状である。
本研究ではDXA、X線画像、CT画像、患者背景の情報が整理されたデータセットに対して深層学習を用い、日常診療でアクセスの容易な股関節X線画像から骨密度を推定するシステムを構築することを目的とする。
股関節X線画像から正確に大腿骨近位部の骨密度を計測できるBMD-GANという深層学習モデルを作成し、特許出願を行った。現在は6施設1400例を超える症例を収集し、開発システムで計測した骨密度値とDXAによって計測した骨密度値との相関を検証した。その結果、両者の間には相関係数＞0.9が獲得できていることを確認でき、今後の臨床利用に向けての手ごたえを得た。

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

多施設からデータを収集でき、データ数を増加させることができた。解析画像数が増えたものの、開発プログラムによる骨密度予測精度は良好に推移しており、計画通り進捗している。

今後の研究の推進方策

更に検証数を増加させ、汎用性のあるプログラムを作成し、臨床応用を目指す。

次年度使用額が生じた理由

一部の物品の購入、人件費を来年度に回したため。

研究成果

• [雑誌論文] Development of a system to assess the two- and three-dimensional bone mineral density of the lumbar vertebrae from clinical quantitative CT images (2023)
  • 著者名/発表者名: Uemura K, Fujimori T, Otake Y, Shimomoto Y, Kono S, Takashima K, Hamada H, Takenaka S, Kaito T, Sato Y, Sugano N, Okada S.
  • 雑誌名: Arch Osteoporos. 巻: 18 ページ: 22
  • DOI: 10.1007/s11657-023-01216-y.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of patient positioning on measurements of bone mineral density of the proximal femur: a simulation study using computed tomographic images (2023)
  • 著者名/発表者名: Uemura K, Takao M, Otake Y, Takashima K, Hamada H, Ando W, Sato Y, Sugano N.
  • 雑誌名: Arch Osteoporos. 巻: 18 ページ: 35
  • DOI: 10.1007/s11657-023-01225-x.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Effect of Region of Interest on Measurement of Bone Mineral Density of the Proximal Femur: Simulation Analysis Using CT Images (2022)
  • 著者名/発表者名: Uemura K, Takao M, Otake Y, Iwasa M, Hamada H, Ando W, Sato Y, Sugano N.
  • 雑誌名: Calcif Tissue Int. 巻: 111 ページ: 475-484
  • DOI: 10.1007/s00223-022-01012-9.
  • 査読あり
• [雑誌論文] CTを用いた骨密度測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 上村圭亮, 高尾正樹, 大竹義人, 佐藤嘉伸, 菅野伸彦
  • 雑誌名: 臨床雑誌整形外科 巻: 73 ページ: 557-560
  • DOI: 10.15106/j_seikei73_557
• [学会発表] CT画像を用いた大腿骨近位部の骨密度自動計測システムの構築―多施設共同研究― (2023)
  • 著者名/発表者名: 上村 圭亮、大竹 義人、Mazen Soufi、箱谷 知輝、河野 壮太郎、高嶋 和磨、濱田 英敏、今釜 崇、高尾 正樹、坂井 孝司、佐藤 嘉伸、菅野 伸彦
  • 学会等名: 第52回日本人工関節学会
• [学会発表] 股関節CT画像からの大腿骨近位部の骨密度測定―深層学習を用いた試み (2022)
  • 著者名/発表者名: 上村 圭亮、高尾 正樹、大竹 義人、濱田英敏、安藤渉、佐藤 嘉伸、菅野 伸彦
  • 学会等名: 第95回日本整形外科学会
• [学会発表] 股関節X線画像から大腿骨近位部の骨密度を測定するシステムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 上村 圭亮、谷 懿、大竹 義人、濱田 英敏 、高尾 正樹、佐藤 嘉伸 、菅野 伸彦
  • 学会等名: 第24回日本骨粗鬆症学会
• [学会発表] 股関節X線画像を用いた大腿骨近位部の骨密度測定―多施設共同研究― (2022)
  • 著者名/発表者名: 上村 圭亮、谷 懿、大竹 義人、高嶋和磨、濱田英敏、許太如、高尾 正樹、佐藤 嘉伸、菅野 伸彦
  • 学会等名: 第49回日本股関節学会学術集会
• [学会発表] 整形外科領域におけるAIの現状と未来-臨床面のニーズ- (2022)
  • 著者名/発表者名: 上村 圭亮、大竹 義人、高尾 正樹、谷懿 、河野壮太郎、高嶋和磨 、Soufi Mazen、濱田英敏、佐藤 嘉伸、菅野 伸彦
  • 学会等名: Frontiers of CAS Symposium 2022
  • 招待講演
• [産業財産権] プログラム、情報処理方法、及び情報処理装置 (2022)
  • 発明者名: 上村圭亮ほか7名
  • 権利者名: 上村圭亮ほか7名
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-083271