2021 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
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19H03735
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| Research Institution | Hyogo Medical University |
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Principal Investigator |
篠原 尚 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (70319549)
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| 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)
大森 健 地方独立行政法人大阪府立病院機構大阪国際がんセンター(研究所), その他部局等, 消化器外科副部長 (40423181)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究３年目となる2021年度は，兵庫医科大学で施行されたロボット支援胃切除術と同直腸切除術の手術動画から抽出した静止画1800枚を使用し，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完成させた。AIの出力動画から無作為に抽出した20枚のサンプルフレームを用い，手動アノテーションをground truthとする機械指標（Recall，F1/Dice，IoU）と，外科医に対する評価票から算出したSensitivity score，Misrecognition (MR) score (それぞれ0～4ポイントの5段階評価)によりパフォーマンスを評価した。さらに学習モデルを直腸癌手術のTME層に対して推論させた。AIモデルは疎性結合組織という概念を教えられてはいないが、画像上の特徴を学習し、自動認識が可能であった。また，狭小領域に存在する疎性結合組織であってもAIは見逃さずに認識できることが分かった。膵臓を下方に牽引し、疎性結合組織が変形しても精度を落とすことなく認識可能であった。結合組織線維に対しRecall 0.606 (range 0.230-0.861)，F1/Dice 0.549 (0.335-0.691)と良好な感度，類似度が得られた。Sensitivity scoreは3.52 (88.0%)で，外科医は感度を機械指標以上に高く評価し，かつRecallとの強い相関（r=0.733）がみられたことからground truthの信頼性が担保された。逆にMR scoreは0.14と低く，誤認が極めて少ないことが示された。膵に対するIoUは0.750に達し，脂肪との境界が明瞭に表示されていた。TMEの手術ビデオ認識においてもAIは直腸後腔の結合組織を高い精度で認識し，臓器横断性が確認された。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] ロボット支援下直腸癌手術における剥離層をAIはどこまで認識できるか2022
Author(s)
福井 雄大, 小林 直, 熊頭 勇太, 木下 和也, 前田 裕介, 平松 康輔, 花岡 裕, 戸田 重夫, 的場 周一郎, 上野 雅資, 黒柳 洋弥, 篠原 尚,
Organizer
第14回日本ロボット外科学会学術集会
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[Presentation] AI を用いた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外科医主導・産学共同開発2021
Author(s)
篠原 尚, 小林 直, 熊頭 勇太, 中村 達郎, 北條 雄大, 隈本 力, 倉橋 康典, 石田 善敬, エルーシュラヤン, ネコロユポール, 北村 尚紀.
Organizer
第120回日本外科学会定期学術集会
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[Presentation] 手術支援AIシステムの開発2021
Author(s)
小林 直,熊頭 勇太, 篠原 尚, 福井 雄大, 一瀬 淳二, 木下 和也, 三田 一仁, 岡 優, 春田 周宇介, 大倉 遊, 赤埴 未宝, 中村 達郎, 章 瑠依, 松田 真以子, 銭谷 成昊.
Organizer
第34回日本内視鏡外科学会総会
Invited
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[Presentation] AIを用いた疎性結合織認識モデルの腹腔鏡下大腸癌手術における有用性2021
Author(s)
福井 雄大, 小林 直, 熊頭 勇太, 赤埴 未宝, 前田 裕介, 平松 康輔, 花岡 裕, 戸田 重夫, 的場 一郎, 上野 雅資, 黒柳 洋弥, 池田 正孝, 篠原 尚,
Organizer
第34回日本内視鏡外科学会総会
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