Development of an AI defibrillator with automatic arrhythmia control by deep reinforcement learning

通过深度强化学习开发自动心律失常控制的人工智能除颤器

基本信息

批准号：
21K18036
负责人：
富井直輝
金额：
$ 3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、低侵襲かつ確実な適応的除細動の原理実証を目的として、心臓標本に対する除細動の強化学習実験システムの構築を目標とする。本システムでは、深層強化学習モデルを搭載した刺激制御装置を用いて、心臓標本の心室心外膜表面に装着した複数電極信号に基づいて心臓への適応的なペーシング刺激を行い、その結果生じる細動の発生・停止にもとづく報酬によって、より効果的な刺激条件の学習が可能な実験システムを構築する。さらに、複数の高速度カメラを用いた3次元パノラマ光学マッピングの同時計測によって、学習された適応的なペーシング刺激による除細動の機序を検証する。本課題は研究実施計画として①数値シミュレーション上での適応的除細動実験、②刺激制御装置の製作、③ウサギ摘出心標本における適応的除細動実験の３項目の目標を掲げている。初年度で①および②の原理検証が完了し、本年度は、①数値シミュレーション上での適応的除細動実験の完了、および③ウサギ摘出心標本における適応的除細動実験の初期検討を目標とした。①では、組織境界形状および心筋線維走向を数値シミュレーションモデルに導入し、８極の電極による適応的除細動モデルをin silico強化学習によって訓練した結果、除細動に成功するモデルが学習された。また訓練済みモデルによる推論を、構築済みの②のシステム上の組み込み計算機で行う際の高速化に取り組み、リアルタイムな推論実行の目処を立てた。

这项研究旨在构建一个增强学习实验系统，以对心脏标本进行除颤，目的是证明微创和可靠的自适应除颤原理。该系统使用配备有深钢筋学习模型的刺激控制装置，根据与心脏标本的心室心外膜表面附着的多个电极信号对心脏进行适应性起搏刺激，并创建一个实验系统，并根据结果纤维的发生和终止，可以通过奖励进行更有效的刺激条件学习。此外，使用多个高速相机同时测量3D全景光学映射，研究了由训练有素的自适应起搏刺激引起的除颤机制。该研究计划为研究设定了三个目标：1）数值模拟中的自适应除颤实验，2）创建刺激控制装置，3）在兔子中切除的心脏标本中的自适应除颤实验。第一年完成了①和②的原理的验证，今年的目标是①完成数值模拟中的自适应除颤实验，③初次检查兔子心脏标本中的自适应除颤实验。在1中，将组织边界形状和心肌纤维条纹引入了数值模拟模型中，并使用8极电极进行了自适应除颤模型，并在计算机增强学习中训练了一种模型，并通过训练了成功的除颤模型。我们还努力使用训练有素的模型使用嵌入式计算机在预构建的系统上加快推理，并为实时推理执行设定了目标。

项目成果

期刊论文数量（29）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

シンポジウム「あなたの知らないCM＆S&VVの世界」in silico 深層強化学習による心筋焼灼治療の最適化―心臓電気生理シミュレータによる検討―

研讨会“CM & S&VV 的未知世界”计算机模拟使用深度强化学习优化心肌消融治疗 - 使用心脏电生理模拟器进行研究 -

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hiroshi Nakagawa;Masatoshi Yamazaki;Naoki Tomii;Hiroshi Seno;Shunsuke Kuroda;Shubhayu Basu;Meir Bar-tal;Nobuteru Takamiya;Jamie L. Malinaric;Hiroyuki Tsukihra;Ayman A. Hussein;Walid I. Saliba;Oussama M. Wazni;Ichiro Sakuma;Warren M. Jackman.;古川航暉，瀬野宏，富井直輝，山崎正俊，佐久間一郎;田中義生，瀬野宏，柴田仁太郎，本荘晴朗，富井直輝，佐久間一郎，荒船龍彦，山崎正俊;瀬野宏，富井直輝，山崎正俊，柴田仁太郎，佐久間一郎;岩宮賢，井原健介，富井直輝，山崎正俊，黒柳秀人，佐久間一郎，古川哲史，笹野哲郎;富井直輝;富井直輝，瀬野宏，山崎正俊，佐久間一郎;富井直輝，瀬野宏，山崎正俊，佐久間一郎
通讯作者：
富井直輝，瀬野宏，山崎正俊，佐久間一郎

SIMULTANEOUS ULTRA-HIGH RESOLUTION OPTICAL MAPPING AND CATHETER MAPPING IN A LANGENDORFF-PERFUSED SWINE HEART MODEL TO IDENTIFY ATRIAL FIBRILLATION ROTORS BY CATHETER MAPPING

在 Langendorff 灌注猪心脏模型中同时进行超高分辨率光学标测和导管标测，通过导管标测识别心房颤动转子

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hiroshi Nakagawa;Masatoshi Yamazaki;Naoki Tomii;Hiroshi Seno;Shunsuke Kuroda;Shubhayu Basu;Meir Bar-tal;Nobuteru Takamiya;Jamie L. Malinaric;Hiroyuki Tsukihra;Ayman A. Hussein;Walid I. Saliba;Oussama M. Wazni;Ichiro Sakuma;Warren M. Jackman.
通讯作者：
Warren M. Jackman.

Optimization of myocardial ablation therapy using in silico deep reinforcement learning

使用计算机深度强化学习优化心肌消融治疗