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2019 Fiscal Year Annual Research Report

人工知能による深層学習を用いたリアルタイム手術支援システムの開発

Research Project

Project/Area Number 19H03735
Research InstitutionHyogo Medical University

Principal Investigator

篠原 尚  兵庫医科大学, 医学部, 教授 (70319549)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 池田 正孝  兵庫医科大学, 医学部, 教授 (80335356)
石田 善敬  兵庫医科大学, 医学部, 講師 (80447664)
倉橋 康典  兵庫医科大学, 医学部, 臨床講師 (10834822)
隈本 力  兵庫医科大学, 医学部, 助教 (90834820)
宇山 一朗  藤田医科大学, 医学部, 教授 (60193950)
能城 浩和  佐賀大学, 医学部, 教授 (90301340)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords人工知能 / 深層学習 / 手術支援 / ロボット支援手術 / 結合組織
Outline of Annual Research Achievements

研究初年度は,ロボット支援胃癌手術における膵上縁郭清の静止画像を用い,アノテーションとAIのニューラルネットワークを用いた深層学習を行った。郭清組織と動脈や膵臓に介在する疎性結合組織間隙(いわゆる剥離可能層)を画像セグメンテーションにより認識させ,その精度を未学習の手術動画を用いて検証した。当初は剥離可能層を「面」として認識させていたが,手術ナビゲーションとして用いるには表示方法が適切でないと考え,結合組織繊維1本1本を精密に認識させる方法に切り替えた。そのため教材となる静止画の解像度を極限まで上げ,枚数を増やすことにした。結果的にアノテーションに要する時間と労力が膨大になった。認識結果はgood(範囲を正確に認識できている,fair(認識できているが範囲が不十分),poor(認識が不十分)の3段階で定性評価した。18症例を対象に4312枚の静止画を抽出,うち学習に適した画像1800枚を選択した。1枚の画像から最大25箇所,全体で10000箇所以上を対象に,拡大画像を用いて精密に疎性結合組織のアノテーションを行った。未学習動画から剥離操作のシーンを50箇所抽出して検証したところ,good 66%, fair 26%, poor 8%と高い認識精度が得られた。アウトプットの閾値を変えることにより,定量的な検出指標であるIoU (Intersection over Unit)を最大化することができた。表示方法についても色の透過性を工夫するなどしてより視覚的になるように工夫した。このようにアノテーション画像の解像度を上げ,一貫性をより高めることによって目的とする疎性結合組織認識の精度が飛躍的に向上した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度の目標であった,ロボット支援胃癌手術の膵上縁リンパ節郭清場面(右胃動脈切離から左胃動脈切離まで)における疎性結合組織認識については,ほぼ期待された成果が得られている。研究協力者として2名のエキスパート外科医を加えたことにより,教材として供する手術動画によりバリエーションをもたせることができた。今後の解析や認識精度の向上にも資すると思われる。当初はロボット支援手術で得られた結果がブレの大きい腹腔鏡手術にも応用できるかを検証する予定であったが,ロボット支援手術が急速な勢いで普及しており,また本研究が目指す手術支援やその先に位置する自動手術がロボット支援手術により適すると考え,まずは教材を一本化した上で精度の向上を目指すことにした。

Strategy for Future Research Activity

研究2年目となる2020年度は,深層学習のスコープを広げ,ロボット支援胃癌手術の他の主要シーン(幽門下郭清)や直腸低位前方切除術の直腸後腔剥離場面などにおける認識精度の更なる向上を目標とする。その後,術中視覚支援システムに応用できる学習結果が得られた段階でリアルタイム映像を認識させ,AIが認識した情報をいつどのように表示すれば外科医の視覚を補佐することができるのかを検証し最適な条件を探す。手術室の現場において,切離しようとする部位の安全性をリアルタイムにインジケータ表示する方法を検討する計画である。

  • Research Products

    (40 results)

All 2020 2019

All Journal Article (14 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Mesenteric excision of upper esophagus: a concept for rational anatomical lymphadenectomy of the recurrent laryngeal nodes in thoracoscopic esophagectomy.2020

    • Author(s)
      Tsunoda S, Shinohara H, Kanaya S, Okabe H, Tanaka E, Obama K, Hosogi H, Hisamori S, Sakai Y.
    • Journal Title

      Surg Endosc.

      Volume: 34(1) Pages: 133-141

    • DOI

      10.1007/s00464-019-06741-x.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Laparoscopic suprapancreatic lymph node dissection using a systematic mesogastric excision concept for gastric cancer.2020

    • Author(s)
      Kumamoto T, Kurahashi Y, Niwa H, Nakanishi Y, Ozawa R, Okumura K, Ishida Y, Shinohara H.
    • Journal Title

      Ann Surg Oncol.

      Volume: 27(2) Pages: 529-531

    • DOI

      10.1245/s10434-019-07700-5.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A novel surgical strategy for the resection of duodenal gastrointestinal stromal tumours located close to the duodenal ampulla: a case report.2020

    • Author(s)
      Kono S, Kumamoto T, Kurahashi Y, Niwa H, Ishida Y, Shinohara H.
    • Journal Title

      Ann R Coll Surg Engl.

      Volume: 102(2) Pages: e29-e32.

    • DOI

      10.1308/rcsann.2019.0112.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ASO Author Reflections: Systematic Mesogastric Excision as a Universal Concept in Gastric Cancer Surgery.2020

    • Author(s)
      Kumamoto T, Shinohara H.
    • Journal Title

      Ann Surg Oncol.

      Volume: 27(2) Pages: 532-533

    • DOI

      10.1245/s10434-019-07988-3.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Creation of virtual three-dimensional animation using computer graphic technology for videoscopic transcervical upper mediastinal esophageal dissection.2020

    • Author(s)
      Ishida Y, Kumamoto T, Watanabe H, Kurahashi Y, Niwa H, Nakanishi Y, Okumura K, Ozawa R, Mizuno K, Uyama I, Shinohara H.
    • Journal Title

      J Laparoendosc Adv Surg Tech A.

      Volume: 30(3) Pages: 304-307

    • DOI

      10.1089/lap.2018.0717.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Laparoscopic modified lymphadenectomy in gastric cancer surgery using systematic mesogastric excision: a novel technique based on a concept.2019

    • Author(s)
      Kumamoto T, Kurahashi Y, Haruta S, Niwa H, Nakanishi Y, Ozawa R, Okumura K, Ishida Y, Shinohara H.
    • Journal Title

      Langenbecks Arch Surg.

      Volume: 404(3) Pages: 369-374

    • DOI

      10.1007/s00423-019-01770-5.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optimal diagnostic method using multidetector-row computed tomography for predicting lymph node metastasis in colorectal cancer.2019

    • Author(s)
      Kumamoto T, Shindoh J, Mita H, Fujii Y, Mihara Y, Takahashi M, Takemura N4, Shirakawa T, Shinohara H, Kuroyanagi H.
    • Journal Title

      World J Surg Oncol.

      Volume: 17(1) Pages: 39

    • DOI

      10.1186/s12957-019-1583-y.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Revisiting the infracardiac bursa using multimodal methods: topographic anatomy for surgery of the esophagogastric junction.2019

    • Author(s)
      Nakamura T, Shinohara H, Okada T, Hisamori S, Tsunoda S, Obama K, Kurahashi Y, Takai A, Shimokawa T, Matsuda S, Makishima H, Takakuwa T, Yamada S, Sakai Y.
    • Journal Title

      J Anat.

      Volume: 235(1) Pages: 88-95

    • DOI

      10.1111/joa.12989.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Precise three-dimensional morphology of the male anterior anorectum reconstructed from large serial histologic sections: A cadaveric study.2019

    • Author(s)
      Okada T, Hasegawa S, Nakamura T, Hida K, Kawada K, Takai A, Shimokawa T, Matsuda S, Shinohara H, Sakai Y.
    • Journal Title

      Dis Colon Rectum.

      Volume: 62(10) Pages: 1238-1247

    • DOI

      10.1097/DCR.0000000000001449.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] リンパ節郭清.2019

    • Author(s)
      仁和浩貴、石田善敬、小澤りえ、奥村公一、隈本力、中西保貴、倉橋康典、篠原尚.
    • Journal Title

      消化器外科

      Volume: 42(2) Pages: 153-163

  • [Journal Article] 乳児期横隔膜弛緩症縫縮術18年後に発症した横隔膜瘢痕ヘルニアの1例.2019

    • Author(s)
      中西保貴、小澤りえ、倉橋康典、仁和浩貴、石田善敬、篠原尚
    • Journal Title

      日臨外会誌

      Volume: 80(3) Pages: 508-512

    • DOI

      https://doi.org/10.3919/jjsa.80.508

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 食道胃接合部癌に対する食道裂孔周囲リンパ節郭清.2019

    • Author(s)
      倉橋康典、中村達郎、小澤りえ、隈本力、中西保貴、仁和浩貴、石田善敬、篠原尚
    • Journal Title

      消化器外科

      Volume: 42(9) Pages: 1319-1325

  • [Journal Article] 手術支援ロボットにおけるインタフェース.2019

    • Author(s)
      石田善敬、篠原尚
    • Journal Title

      電気評論

      Volume: 6 Pages: 28-32

  • [Journal Article] 胃癌肝転移を治す.2019

    • Author(s)
      中西保貴、仁和浩貴、篠原尚
    • Journal Title

      日本消化器病学会雑誌

      Volume: 116(2) Pages: 713-723

    • DOI

      https://doi.org/10.11405/nisshoshi.116.713

  • [Presentation] 胃癌肝転移組織学的化学療法反応性と腫瘍浸潤制御性T細胞数の関連.2020

    • Author(s)
      中西保貴, 北條雄大,小澤りえ,隈本力,倉橋康典,仁和浩貴,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第92回日本胃癌学会総会
  • [Presentation] 小胞体-ミトコンドリア繋留分子PDZD8の抑制は胃癌に細胞死をもたらす.2020

    • Author(s)
      北條雄大, 岸真吾,森汐莉,谷里奈,篠原尚,國安弘基.
    • Organizer
      第92回日本胃癌学会総会
  • [Presentation] Laparoscopic transhiatal lower mediastinal lymphadenectomy using the infracardiac bursa as a surgical landmark.2019

    • Author(s)
      Shinohara H, Kurahashi Y, Nakamura T, Niwa H, Nakanishi Y, Kumamoto T, Ozawa R, Okumura K, Ishida Y.
    • Organizer
      3th International Gastric Cancer Congress IGCC
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The infracardiac bursa: a newly identified surgical landmark in esophagogastric junction cancer surgery.2019

    • Author(s)
      Nakamura T, Shinohara H, Okada T, Hisamori S, Tsunoda S, Obama K, Kurahashi Y, Takai A, Takakuwa T, Yamada S, Sakaki Y.
    • Organizer
      3th International Gastric Cancer Congress IGCC
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The eCura system as a novel indicator for the necessity of salvage surgery after non-curative ESD for gastric cancer.2019

    • Author(s)
      Ozawa R, Niwa H, Okumura K, Kumamoto T, Nakanishi Y, Kurahashi Y, Ishida Y, Shinohara H.
    • Organizer
      13th International Gastric Cancer Congress IGCC
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Laparoscopic gastrectomy should be avoided for advanced remnant gastric cancer.2019

    • Author(s)
      Sasako M, Takii M, Niwa H, Shinohara H, Wakakhara T.
    • Organizer
      13th International Gastric Cancer Congress IGCC
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Gastric cancer nomogram for predicting postoperative survival in patients aged 80 or older.2019

    • Author(s)
      Nishigori T, Obama K, Shinohara H, Kawada H, Kadokawa Y, Harada H, Kaihara S, Hata H, Ueda S, Konishi S, Okabe H, Matsuo K, Hosogi H, Tsunoda S, Hisamori S, Sakai Y.
    • Organizer
      13th International Gastric Cancer Congress IGCC
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cadaverを用いた医学研究:新規医療機器,手術手技および解剖学的知見の研究.2019

    • Author(s)
      高井昭洋, 岡田倫明,中村達郎,松井貴司,宇都宮健,本庄真彦,上野義智,坂元克考,井上仁,小川晃平,篠原尚,坂井義治,高田泰次
    • Organizer
      第119回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] 食道胃接合部癌の局在診断における術前評価の限界について.2019

    • Author(s)
      奥村公一, 小澤りえ,隈本力,中西保貴,倉橋康典,仁和浩貴,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第119回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] ステージⅢ胃癌におけるS-1術後補助化学療法の投与量強度と予後との関係.2019

    • Author(s)
      仁和浩貴, 小澤りえ,奥村公一,隈本力,中西保貴,倉橋康典,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第119回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] 高齢者進行胃癌患者の腫瘍学的成績:術前化学療法は安全に施行可能か?.2019

    • Author(s)
      隈本力, 倉橋康典,仁和浩貴,中西保貴,小澤りえ,奥村公一,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第119回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] 胃癌に対する非根治ESD症例における手術適応の検討.2019

    • Author(s)
      小澤りえ, 仁和浩貴,奥村公一,隈本力,中西保貴,倉橋康典,石田善敬,篠原尚.
    • Organizer
      第119回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] 進行食道癌に対するサルベージ手術の治療成績.2019

    • Author(s)
      倉橋康典, 竹村雅至,奥村公一,小澤りえ,隈本力,中西保貴,仁和浩貴,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第119回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] 臓器の隙間を科学する~胃間膜と輪郭とその系統的切除.2019

    • Author(s)
      篠原尚, 倉橋康典,春田周宇介,隈本力,小澤りえ,中西保貴,仁和浩貴,石田善敬
    • Organizer
      第73回手術手技研究会
  • [Presentation] チェックリストを用いた効率的な術前CT評価がもたらす安全な鏡視下胃切除術.2019

    • Author(s)
      倉橋康典, 小澤りえ,隈本力,中西保貴,仁和浩貴,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第73回手術手技研究会
  • [Presentation] Collard変法を用いた頚部食道胃管吻合の工夫と短期成績.2019

    • Author(s)
      倉橋康典, 小澤りえ,隈本力,中西保貴,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第73回日本食道学会学術集会
  • [Presentation] 標的病変を有さない食道癌術前治療症例でのリンパ節転移と予後との関連について.2019

    • Author(s)
      中西保貴, 倉橋康典,小澤りえ,奥村公一,隈本力,仁和浩貴,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第73回日本食道学会学術集会
  • [Presentation] がん治療においてロボット手術がもたらしたもの.2019

    • Author(s)
      篠原尚
    • Organizer
      第57回日本癌治療学術集会
  • [Presentation] 噴門側胃切除後のロボット支援下での上川法再建における工夫.2019

    • Author(s)
      石田善敬, 小澤りえ,隈本力,中西保貴,仁和浩貴,倉橋康典,篠原尚
    • Organizer
      第49回胃外科・術後障害研究会
  • [Presentation] 非根治ESD症例における手術適応の絞り込み基準としてのeCureシステムの有用性.2019

    • Author(s)
      小澤りえ, 仁和浩貴,隈本力,中西保貴,倉橋康典,石田善敬,篠原尚
    • Organizer
      第49回胃外科・術後障害研究会
  • [Presentation] 腹腔鏡下スリーブ状胃切除術導入後短期治療成績と今後の課題.2019

    • Author(s)
      倉橋康典, 小澤りえ,松尾俊宏,角谷美樹,吉村知穂,堀江翔,武藤未鳥,松岡久美子,黒木依子,村上多恵,若松遥,肥川毬子,芳田博子,小山英則,篠原尚
    • Organizer
      第37回日本肥満症治療学会学術集会
  • [Presentation] 胃癌肝転移化学療法後手術症例における組織学的治療効果と腫瘍浸潤制御性T細胞の相関.2019

    • Author(s)
      中西保貴, 小澤りえ,奥村公一,隈本力,倉橋康典,仁和浩貴,石田善敬,戸澤勝之,富田寿彦,三輪洋人,篠原尚
    • Organizer
      第61回日本消化器病学会大会
  • [Presentation] ロボット支援下胃切除術の導入とその短期成績.2019

    • Author(s)
      隈本力, 石田善敬,中西保貴,倉橋康典,仁和浩貴,篠原尚
    • Organizer
      第32回日本内視鏡外科学会総会
  • [Presentation] ロボット支援下噴門側胃切除後の上川再建における工夫.2019

    • Author(s)
      石田善敬, 隈本力,中西保貴,仁和浩貴,倉橋康典,篠原尚
    • Organizer
      第32回日本内視鏡外科学会総会
  • [Book] 消化器外科専門医の心得 2020年度版2020

    • Author(s)
      篠原尚他
    • Total Pages
      882
    • Publisher
      一般社団法人 日本消化器外科学会
  • [Book] 標準外科学 第15版2019

    • Author(s)
      北野正剛, 篠原尚 他
    • Total Pages
      752
    • Publisher
      医学書院
    • ISBN
      978-4-260-03630-6

URL: 

Published: 2021-01-27  

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