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2020 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) 倉橋 康典  兵庫医科大学, 医学部, 講師 (10834822)
宇山 一朗  藤田医科大学, 医学部, 教授 (60193950)
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, 准教授 (80447664)
能城 浩和  佐賀大学, 医学部, 教授 (90301340)
隈本 力  兵庫医科大学, 医学部, 講師 (90834820)
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2年目となる2020年度は,ロボット支援胃切除術20例の手術動画から抽出した静止画を使用し,郭清組織と動脈や膵臓に介在する剥離可能層を規定する疎性結合組織線維の深層学習アルゴリズムを作成した。教師データの均一化を図りながらアノテーションの精度も向上させることにより,より外科医の感覚に近い推論ができるようになった。結合組織以外の解剖学的ランドマークのセマンティックセグメンテーションにも取り組んだ。癌の手術で残す側の器官である膵実質や神経のAI認識モデルを構築するため,結合組織認識に用いた教師データビデオを用い,アノテーションと推論を繰り返した。年度後半には対象術式を胃癌手術からロボット支援下直腸癌手術や肺癌手術,腹腔鏡下鼠経ヘルニア手術にまで広げ,臓器横断的認識が可能かどうかの検証に入った。さらに新しいGPUを導入し,またアルゴリズムの簡略化,効率化を繰り返し行うことにより,AI認識の即時性を追求した。その結果16fps (frame per second)まで高速化できたため,手術室での実装実験に対する準備が整った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究期間2年の段階で,ほぼ計画通りの進捗が見られている。ただし,コロナ禍で学会発表の機会が少なかったのは悔やまれる。共同研究者とはWebでオンライン会議を行い,進捗状況を共有するようにした。胃癌手術の結合組織認識についてはほぼ満足いく精度が得られてきたため,論文発表に取り掛かった(2021年にSci Rep誌に掲載)。

Strategy for Future Research Activity

AIが高い精度で目的とする解剖学的ランドマークを認識できることが確認でき,教育用としては十分日常使用できる目途が立った。次年度は実機を手術室に持ち込み,実際の手術現場でリアルタイムに推論可能かどうかの検証を中心に行う。また,胃以外の臓器,および結合組織以外の解剖学ランドマークについてもセマンティックセグメンテーションの対象を広げ,臓器横断性や組織汎用性を検証して研究の仕上げを行いたい。

  • Research Products

    (23 results)

All 2020

All Journal Article (5 results) Presentation (17 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] A novel surgical strategy for the resection of duodenal gastrointestinal stromal tumours located close to the duodenal ampulla: a case report2020

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

      The Annals of The Royal College of Surgeons of England

      Volume: 102 Pages: e29~e32

    • DOI

      10.1308/rcsann.2019.0112

  • [Journal Article] Creation of Virtual Three-Dimensional Animation Using Computer Graphic Technology for Videoscopic Transcervical Upper Mediastinal Esophageal Dissection2020

    • Author(s)
      Ishida Yoshinori、Kumamoto Tsutomu、Watanabe Hibiki、Kurahashi Yasunori、Niwa Hirotaka、Nakanishi Yasutaka、Okumura Koichi、Ozawa Rie、Mizuno Koya、Uyama Ichiro、Shinohara Hisashi
    • Journal Title

      Journal of Laparoendoscopic & Advanced Surgical Techniques

      Volume: 30 Pages: 304~307

    • DOI

      10.1089/lap.2018.0717

  • [Journal Article] Three‐dimensional morphogenesis of the omental bursa from four recesses in staged human embryos2020

    • Author(s)
      Nakamura Tatsuro、Yamada Shigehito、Funatomi Takuya、Takakuwa Tetsuya、Shinohara Hisashi、Sakai Yoshiharu
    • Journal Title

      Journal of Anatomy

      Volume: 237 Pages: 166~175

    • DOI

      10.1111/joa.13174

  • [Journal Article] Superior lumbar hernia after gastrectomy repaired via an open approach in the prone position: A case report2020

    • Author(s)
      Nakanishi Yasutaka、Kurahashi Yasunori、Ishida Yoshinori、Sasako Mitsuru、Shinohara Hisashi
    • Journal Title

      International Journal of Surgery Case Reports

      Volume: 71 Pages: 331~334

    • DOI

      10.1016/j.ijscr.2020.05.046

  • [Journal Article] Endoscopic observation of the palisade vessels in Killian?Jamieson diverticulum was useful for diagnosis and surgical treatment: a case report2020

    • Author(s)
      Kurahashi Yasunori、Hojo Yudai、Nakamura Tatsuro、Kumamoto Tsutomu、Nakanishi Yasutaka、Ishida Yoshinori、Shinohara Hisashi
    • Journal Title

      Surgical Case Reports

      Volume: 6 Pages: 192-195

    • DOI

      10.1186/s40792-020-00949-z

  • [Presentation] AIによる解剖学的ランドマークの画像セグメンテーションによる手術支援システムの産学共同開発2020

    • Author(s)
      篠原尚, 小林直, 熊頭勇太, 中西保貴, 隈本力, 小澤りえ, 仁和浩貴, 倉橋康典, 石田善敬, エルーシュ ラヤン, ネクロユ ポール, 北村尚紀.
    • Organizer
      第120回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] 噴門側胃切除後のロボット支援下上川法再建における工夫および短期成績2020

    • Author(s)
      石田善敬, 隈本力, 中西保貴, 倉橋康典, 篠原尚.
    • Organizer
      第120回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] 胸骨後再建吻合部が胸鎖関節裏面にあれば吻合部狭窄は増加するか?2020

    • Author(s)
      倉橋康典, 竹村雅至, 北條雄大, 小澤りえ, 隈本力, 中西保貴, 仁和浩貴, 石田善敬, 篠原尚.
    • Organizer
      第120回日本外科学会定期学術集会
  • [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細胞数に関連を認める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120回日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] ロボット支援下胃切除術における皮下気腫発生例の特徴2020

    • Author(s)
      中西保貴, 石田善敬, 北條雄大, 小澤りえ, 隈本力, 倉橋康典, 篠原尚.
    • Organizer
      第74回手術手技研究会
  • [Presentation] 臓器の隙間を科学する~消化器外科解剖のパラダイムシフト2020

    • Author(s)
      篠原尚
    • Organizer
      第82回日本臨床外科学会総会
  • [Presentation] 当科におけるda Vinci胃がん手術2020

    • Author(s)
      石田善敬, 北條雄大, 中村達郎, 隈本力, 中西保貴, 倉橋康典, 篠原尚.
    • Organizer
      第50回胃外科・術後障害研究会
  • [Presentation] 75歳以上の高齢者進行胃癌手術症例の検討2020

    • Author(s)
      隈本力, 中村達郎, 中西保貴, 倉橋康典, 石田善敬, 篠原尚
    • Organizer
      第50回胃外科・術後障害研究会
  • [Presentation] 下部食道癌および食道胃接合部癌に対する手術戦略―腹部操作先行 鏡視下食道癌手術―2020

    • Author(s)
      石田善敬, 北條雄大, 中村達郎, 隈本力, 中西保貴, 倉橋康典, 篠原尚.
    • Organizer
      第74回日本食道学会学術集会
  • [Presentation] 内視鏡にてKillian-Jamieson憩室と確定診断しえた食道憩室の一例2020

    • Author(s)
      倉橋康典, 北條雄大, 中村達郎, 隈本力, 中西保貴, 石田善敬, 篠原尚.
    • Organizer
      第74回日本食道学会学術集会
  • [Presentation] 画像セグメンテーションによる微細解剖構造認識;ロボット支援下胃癌手術における疎性結合組織間隙の可視化2020

    • Author(s)
      篠原尚,小林 直, 熊頭 勇太, ラヤン エルーシュ, ポール ネクロユ, 石田 善敬, 金谷 誠一郎, 能城 浩和, 宇山 一朗, 北村 尚紀.
    • Organizer
      第75回日本消化器外科学会総会
  • [Presentation] ロボット手術における助手の役割2020

    • Author(s)
      石田善敬, 隈本 力, 中西 保貴, 倉橋 康典, 篠原 尚.
    • Organizer
      第75回日本消化器外科学会総会
  • [Presentation] 当院における胸骨後再建法 ~吻合部狭窄を減らすための工夫~2020

    • Author(s)
      倉橋康典, 北條 雄大, 中村 達郎, 隈本 力, 中西 保貴, 石田 善敬, 篠原 尚.
    • Organizer
      第75回日本消化器外科学会総会
  • [Presentation] 胃癌肝転移conversion手術における組織学的治療効果と予後の相関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75回日本消化器外科学会総会
  • [Presentation] The abdominal-first surgical procedure for Siewert type II esophagogastric junction cancer2020

    • Author(s)
      Kumamoto T,Kurahashi Y, Nakamura T,Ishida Y, Shinohara H.
    • Organizer
      第75回日本消化器外科学会総会
  • [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 真五, 森 汐莉, 谷 里奈, 篠原 尚, 國安 弘基.
    • Organizer
      第75回日本消化器外科学会総会
  • [Presentation] 腹腔鏡下幽門側胃切除D1+郭清のコンセプトと基本手技2020

    • Author(s)
      篠原尚
    • Organizer
      第45回日本外科系連合学会学術集会
  • [Book] Illustrated Abdominal Surgery Based on Embryology and Anatomy of the Digestive System2020

    • Author(s)
      Shinohara H
    • Total Pages
      624
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      978-9811517952

URL: 

Published: 2022-12-28  

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