機械学習・深層学習を併用した骨関節診断・手術支援の実装と最適化

使用机器学习和深度学习实施和优化骨关节诊断和手术支持

• 批准号: 21K12652
• 负责人: 山崎 隆治
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Saitama Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12652/
• 关键词: 機械学習; 深層学習; 骨関節診断; 手術支援

形態と運動機能情報を統合した機械学習・深層学習に基づく骨関節診断・手術支援システムの開発を最終目標として、本年度（令和４年度）は、（１）骨関節医用画像データベースの追加・整備、（２）筋骨格統計モデルの改良、および解析結果の多分類化と臨床スコア・手術情報との関連付け、（３）機械学習・深層学習に基づく骨関節診断・手術支援システムのプロトタイプ開発、を試みた。骨関節医用画像データベースの追加・整備については、特に、膝関節、肩関節のデータ（X線動画像による動態データ、およびCT画像による形態データ）を、それぞれ10症例程度、追加で収集することができた。筋骨格統計モデルの改良については、追加データを含めて専門の整形外科医の協力のもと、形状モデル化のための骨関節への靭帯や腱などの解剖学的特徴の埋め込みや、運動機能モデル化のための靭帯・腱の長さなどの計測をさらに行い、関節の多様性を効率よく記述する手法を開発した。人工膝関節と膝関節の両関節については、骨関節形状や動態解析結果に基づき、正常な解析データとそれ以外のデータの２クラス（正常、異常クラス）分類を行うだけでなく（前年度の令和３年度に実施）、異常クラスの中で、人工膝関節は手術方式（人工関節の設置状態や靭帯切除の有無など）、膝関節は疾患（変形性関節症や靱帯損傷など）ごとの多クラスの分類を一部試みた。また、人工膝関節と膝関節用に開発した筋骨格統計モデルの構築法を、肩関節にも適用可能な手法に改良・拡張を行い、汎用的な筋骨格統計モデルの構築法の開発を行った。開発・改良を行った筋骨格統計モデルを、2次元/3次元画像位置合わせ技術を用いた関節3次元動態解析システムに導入し、機械学習・深層学習に基づく骨関節診断・手術支援システムのプロトタイプ開発に着手した。

This year (2010 - 2014), we will focus on the following aspects: (1) the addition and preparation of bone and joint medical images;(2) the improvement of bone and joint statistics;(3) the multi-classification of analysis results;(4) the correlation between bone and joint medical images;(5) the development of bone and joint medical images;(6) the development of bone and joint medical images; and (7) the development of bone and joint medical images.(3) Mechanical learning, deep learning, basic bone joint diagnosis, surgical support, development and trial. Bone joint medical image data added, prepared, special, knee joint, shoulder joint data (X-ray animation image dynamic data, CT image shape data), added, 10 case level The improvement of muscle and tendon statistics includes the development of techniques for the measurement of muscle and tendon length, the description of the diversity of joints, and the description of anatomical characteristics of bone and tendon joints. Artificial knee joint, knee joint, knee joint shape, knee joint shape, knee joint shape (Normal, abnormal) Classification: Line: (previous year's order and 3 years 'implementation), Abnormal: Medium: Artificial knee joint operation method (artificial joint setting status, whether or not there is a toughness resection), Knee joint disease (variant joint disease, injury) Classification: Part: Trial. For example, the development of artificial knee joints and knee joints, the development of bone structure statistics, and the development of bone structure statistics for shoulder joints, the development of bone structure statistics, and the development of bone structure statistics for shoulder joints. Development, Improvement, Bone and Joint Statistics, 2D/3D Image Position Integration Technology, Application, 3D Dynamic Analysis, Introduction, Machine Learning, Deep Learning, Basic Bone and Joint Diagnosis, Surgical Support, and Development

项目成果

IT・AI技術を用いた医用画像情報処理 －骨関節3D動態計測への応用－

利用IT/AI技术的医学图像信息处理-在骨关节3D动态测量中的应用-

• 发表时间: 2023
• 作者: K. Kono;H. Inui;T. Tomita;T. Yamazaki;S. Taketomi;R. Yamagami;K. Kawaguchi;T. Kage;T. Arakawa;S. Tanaka;山崎隆治
• 通讯作者: 山崎隆治

In vivo kinematic comparison of medial pivot total knee arthroplasty in weight-bearing and non-weight-bearing deep knee bending

内侧枢轴全膝关节置换术负重与非负重膝深屈的体内运动学比较

• DOI: 10.1016/j.clinbiomech.2022.105762
• 发表时间: 2022
• 期刊: Clinical Biomechanics
• 影响因子: 1.8
• 作者: T. Kage;H. Inui;T. Tomita;T. Yamazaki;S. Taketomi;R. Yamagami;K. Kono;K. Kawaguchi;R. Murakami;T. Arakawa;S. Tanaka
• 通讯作者: S. Tanaka

特集 TKAの成績向上のためのバイオメカニクス 解剖学的関節面形状を有するTKA術後動態

特色：改善 TKA 结果的生物力学 具有解剖关节表面形状的 TKA 术后动力学

• DOI: 10.18888/se.0000002424
• 发表时间: 2023
• 期刊: 整形･災害外科
• 作者: 花崎 和弘;前田 広道;遠藤 英樹;山本 博之;宗景 匡哉;日比 泰造;掛地 吉弘;武富 紹信;北川 雄光;森 正樹;門田 守人;石橋輝哉，冨田哲也，山崎隆治，藤戸稔高，玉城雅史，岡田誠司
• 通讯作者: 石橋輝哉，冨田哲也，山崎隆治，藤戸稔高，玉城雅史，岡田誠司

両十字靱帯温存人工膝関節全置換術の生体内動態解析

保留双十字韧带的全膝关节置换术的体内动力学分析

• 发表时间: 2021
• 作者: Saito Yuya;Kamagata Koji;Wijeratne Peter A.;Andica Christina;Uchida Wataru;Takabayashi Kaito;Fujita Shohei;Akashi Toshiaki;Wada Akihiko;Shimoji Keigo;Hori Masaaki;Masutani Yoshitaka;Alexander Daniel C.;Aoki Shigeki;河野賢一，乾洋，冨田哲也，山崎隆治，武富修治，山神良太，川口航平，鮫島慎，鹿毛智文，玉城雅史，近田彰治，田中栄
• 通讯作者: 河野賢一，乾洋，冨田哲也，山崎隆治，武富修治，山神良太，川口航平，鮫島慎，鹿毛智文，玉城雅史，近田彰治，田中栄

複合現実（MR）技術を用いた3D人体解剖提示システムの基礎検討

使用混合现实（MR）技术的3D人体解剖学演示系统的基础研究

• 发表时间: 2023
• 作者: K. Kono;H. Inui;T. Tomita;T. Yamazaki;S. Taketomi;R. Yamagami;K. Kawaguchi;T. Kage;T. Arakawa;S. Tanaka;山崎隆治;近藤佑亮，山崎隆治
• 通讯作者: 近藤佑亮，山崎隆治