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2023 年度 実施状況報告書

画像検査と人工知能の融合による膝関節キネマティクスの予測システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K09325
研究機関東京大学

研究代表者

乾 洋  東京大学, 医学部附属病院, 届出研究員 (60583119)

研究分担者 山神 良太  東京大学, 医学部附属病院, 助教 (00722191)
冨田 哲也  森ノ宮医療大学, 保健医療学研究科, 教授 (30283766)
田中 栄  東京大学, 医学部附属病院, 教授 (50282661)
河野 賢一  東京大学, 医学部附属病院, 助教 (50898286)
武冨 修治  東京大学, 医学部附属病院, 講師 (70570018)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード膝関節キネマティクス / 人工知能 / 画像検査 / 予測システム
研究実績の概要

本研究は画像検査と膝関節解析データを基に、画像と動態解析データをリンクさせるべく人工知能を用いて機械学習を行い、得られたアルゴリズムを用いて画像検査、情報からキネマティクスの予測を行うことが目的である。
初年度と今年度は膝キネマティクスデータの蓄積に注力した。前十字靱帯損傷、変形性膝関節症、人工関節膝の三次元動態撮影ならびに動態解析を進め、年間約180膝の動態撮影を行い、解析も平行して行っている。同時に、画像情報(X線、CT、MRI)を収集し、画像情報と膝動態解析データの紐づけを行い、データベースの作成を行っている。現在、機械学習のプログラム作成に取り掛かっている段階であり、人工知能を用いた機械学習を行う段階には至っていない。今後は機械学習を行うプログラムを完成させ、機械学習を行い、最終的なキネマティクス予測を行うためのアルゴリズム作成に着手する予定である。
また、前十字靱帯損傷膝、変形性関節症ならびに人工関節膝の解析データについては、積極的に学会発表ならびに学術誌に投稿を行い、膝関節動態解析データとして発表を行っている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

三次元膝関節キネマティクスデータならびに画像情報(X線、CT、MRI)の蓄積は行うことができているが、機械学習のプログラムの作成中であり、予定よりもやや遅れていると考えられるため。

今後の研究の推進方策

三次元膝関節キネマティクスデータならびに画像情報(X線、CT、MRI)の蓄積は行えているが、人工知能を用いた機械学習までには至っていない。今後は実際にプログラムを作成し、機械学習を行い、画像情報からキネマティクス予測を行うアルゴリズムを作成し、最終的なキネマティクス予測に繋げていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

若干の残額が生じたが、おおむね計画通りであり、次年度の解析等に使用する予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] In vivo three-dimensional kinematic comparison of normal knees between flexion and extension activities2024

    • 著者名/発表者名
      Kono Kenichi、Yamazaki Takaharu、Taketomi Shuji、Inui Hiroshi、Tanaka Sakae、Tomita Tetsuya
    • 雑誌名

      Asia-Pacific Journal of Sports Medicine, Arthroscopy, Rehabilitation and Technology

      巻: 36 ページ: 1~5

    • DOI

      10.1016/j.asmart.2024.01.003

  • [雑誌論文] Anterior cruciate ligament‐deficient knee induces a posterior location of the femur in the medial compartment during squatting2023

    • 著者名/発表者名
      Kage Tomofumi、Taketomi Shuji、Tomita Tetsuya、Yamazaki Takaharu、Inui Hiroshi、Yamagami Ryota、Kono Kenichi、Kawaguchi Kohei、Sameshima Shin、Arakawa Takahiro、Tanaka Sakae
    • 雑誌名

      Journal of Orthopaedic Research

      巻: 41 ページ: 1439~1448

    • DOI

      10.1002/jor.25501

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bicruciate-retaining total knee arthroplasty procedure reduced tensile force in the middle and posterior components of lateral collateral ligament during deep knee flexion activities with no effect on tensile force of the medial collateral ligament2023

    • 著者名/発表者名
      Kono Kenichi、Inui Hiroshi、Tomita Tetsuya、Yamazaki Takaharu、Konda Shoji、Taketomi Shuji、Tanaka Sakae、D’Lima Darryl D.
    • 雑誌名

      Knee Surgery, Sports Traumatology, Arthroscopy

      巻: 31 ページ: 3889~3897

    • DOI

      10.1007/s00167-023-07342-x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of finite helical axis of the knee joint before and after bi-cruciate-preserving knee arthroplasty2023

    • 著者名/発表者名
      Kono Kenichi、Konda Shoji、Yamazaki Takaharu、Taketomi Shuji、Yamagami Ryota、Kawaguchi Kohei、Kage Tomofumi、Arakawa Takahiro、Inui Hiroshi、Tanaka Sakae、Tomita Tetsuya
    • 雑誌名

      Clinical Biomechanics

      巻: 109 ページ: 106098~106098

    • DOI

      10.1016/j.clinbiomech.2023.106098

    • 査読あり
  • [学会発表] Tilt of the Tibial Component in the Coronal Plane During Walking in KA-TKA Compared to MA-TKA2024

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Kono K, Tomita T, Yamazaki T, Konda S, Yamagami R, Kawaguchi K, Kage T, Murakami R, Kobayashi T, Inui H, Taketomi S, Tanaka S.
    • 学会等名
      Orthopaedic Research Society 2024 Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 前十字靱帯不全膝における異なるスクワット動作による 膝関節動態の比較2023

    • 著者名/発表者名
      鹿毛智文、武冨修治、冨田哲也、山崎隆治、山神良太、河野賢一、川口航平、村上亮、荒川嵩大、玉城雅史、近田彰治、石橋輝哉、乾洋、田中栄
    • 学会等名
      日本スポーツ整形外科学会2023
  • [学会発表] 非解剖学的再建後の前十字靱帯機能不全膝における生体内膝関節動態の検討2023

    • 著者名/発表者名
      鹿毛智文、武冨修治、冨田哲也、山崎隆治、山神良太、河野賢一、川口航平、村上亮、荒川嵩大、玉城雅史、近田彰治、石橋輝哉、乾洋、田中栄
    • 学会等名
      第50回 日本臨床バイオメカニクス学会
  • [学会発表] 前十字靱帯不全膝、前十字靱帯再建膝、正常膝における生体内膝関節動態の比較2023

    • 著者名/発表者名
      鹿毛智文、武冨修治、冨田哲也、山崎隆治、山神良太、河野賢一、川口航平、村上亮、荒川嵩大、玉城雅史、近田彰治、石橋輝哉、乾洋、田中栄
    • 学会等名
      第1回 日本膝関節学会
  • [備考] 東京大学医学部附属病院 整形外科・脊椎外科

    • URL

      http://www.u-tokyo-ortho.jp/

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公開日: 2024-12-25  

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