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

2023 年度 実績報告書

• 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, 寄附講座講師 (70871367)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 骨粗鬆症 / 人工知能

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画像が整理されたデータセットを用い、日常診療でアクセスの容易なX線一般撮影装置を用いて撮影された股関節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した。
データセット解析には近年飛躍的に発展してきた人工知能を用い、X線画像から抽出した骨領域のみの画像をもとに骨密度を推定するモデルを作成することとした。300例を用いて学習データを作成し、完成したモデルを多施設の1400例以上にて検証したところ、股関節X線より計測した骨密度値とDXAによって計測した値との間に0.9以上の非常に強い相関を認めた。そのため、結果をまとめ、学会発表、論文発表を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Decomposition of musculoskeletal structures from radiographs using an improved CycleGAN framework (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi Naoki、Otake Yoshito、Hiasa Yuta、Gu Yi、Uemura Keisuke、Takao Masaki、Sugano Nobuhiko、Sato Yoshinobu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-023-35075-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development and validation of an open-source tool for opportunistic screening of osteoporosis from hip CT images (2023)
  • 著者名/発表者名: Uemura Keisuke、Otake Yoshito、Takashima Kazuma、Hamada Hidetoshi、Imagama Takashi、Takao Masaki、Sakai Takashi、Sato Yoshinobu、Okada Seiji、Sugano Nobuhiko
  • 雑誌名: Bone & Joint Research 巻: 12 ページ: 590～597
  • DOI: 10.1302/2046-3758.129.BJR-2023-0115.R1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The effect of forearm rotation on the bone mineral density measurements of the distal radius (2023)
  • 著者名/発表者名: Uemura Keisuke、Miyamura Satoshi、Otake Yoshito、Mae Hirokazu、Takashima Kazuma、Hamada Hidetoshi、Ebina Kosuke、Murase Tsuyoshi、Sato Yoshinobu、Okada Seiji
  • 雑誌名: Journal of Bone and Mineral Metabolism 巻: 42 ページ: 37～46
  • DOI: 10.1007/s00774-023-01473-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bone mineral density estimation from a plain X-ray image by learning decomposition into projections of bone-segmented computed tomography (2023)
  • 著者名/発表者名: Gu Yi、Otake Yoshito、Uemura Keisuke、Soufi Mazen、Takao Masaki、Talbot Hugues、Okada Seiji、Sugano Nobuhiko、Sato Yoshinobu
  • 雑誌名: Medical Image Analysis 巻: 90 ページ: 102970～102970
  • DOI: 10.1016/j.media.2023.102970
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] DEVELOPMENT OF A FULL-AUTOMATED SYSTEM TO ASSESS THE BONE MINERAL DENSITY OF THE PROXIMAL FEMUR FROM CLINICAL CT IMAGES (2023)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Uemura, Yoshito Otake, Mazen Soufi, Takashima Kazuma, Hamada Hidetoshi, Takashi Imagama, Masaki Takao, Takashi Sakai, Yoshinobu Sato, Seiji Okada, Nobuhiko Sugano
  • 学会等名: WCO-IOF-ESCEO
  • 国際学会
• [学会発表] HIP X-RAYS USED TO DETERMINE THE BONE MINERAL DENSITY OF THE PROXIMAL FEMUR (2023)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Uemura, Yi Gu, Yoshito Otake, Takashima Kazuma, Hamada Hidetoshi, Makoto Iwasa, Takayuki Kyo, Hirohito Abe, Wataru Ando, Takashi Imagama, Masaki Takao, Takashi Sakai, Yoshinobu Sato, Seiji Okada, Nobuhiko Sugano
  • 学会等名: WCO-IOF-ESCEO
  • 国際学会
• [学会発表] 上村圭亮、大竹義人、谷懿、高嶋和磨、濱田英敏、高尾正樹、佐藤嘉伸、菅野伸彦、岡田誠司 (2023)
  • 著者名/発表者名: 整形外科医の行うAI研究
  • 学会等名: 日本生体医工学学会
  • 招待講演
• [学会発表] 股関節X線画像から大腿骨近位部の骨密度測定―多施設共同研究― (2023)
  • 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、岩佐諦、許太如、阿部裕仁、安藤渉、今釜崇、高尾 正樹、坂井孝司、佐藤 嘉伸、岡田誠司、菅野 伸彦
  • 学会等名: 日本骨粗鬆症学会
• [学会発表] Measurement of the areal and volumetric bone mineral density of the proximal femur from hip X-rays (2023)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Uemura, Yi Gu, Yoshito Otake, Hirokazu Mae, Takashima Kazuma, Hamada Hidetoshi, Takashi Imagama, Takashi Sakai, Yoshinobu Sato, Nobuhiko Sugano, Seiji Okada
  • 学会等名: AFOS
  • 国際学会
• [学会発表] 股関節X線画像からの大腿骨近位部2D,3D骨密度計測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上村 圭亮、谷懿、大竹 義人、前裕和、高嶋和磨、濱田英敏、高尾正樹、佐藤 嘉伸、菅野 伸彦、岡田誠司
  • 学会等名: 日本整形外科学会基礎学会
• [学会発表] AIを用いた股関節CT画像、X線画像からの筋骨格計測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上村 圭亮、谷懿、Soufi Mazen、高嶋和磨、濱田英敏、大竹 義人、 高尾正樹、佐藤 嘉伸、岡田誠司、菅野 伸彦
  • 学会等名: 日本股関節学会
• [学会発表] 股関節正面X線画像からの骨密度計測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上村圭亮、谷懿、大竹義人、前裕和、高嶋和磨、濱田英敏、今釜崇、坂井孝司、佐藤嘉伸、菅野伸彦、岡田誠司
  • 学会等名: 日本コンピューター外科学会