Global outreach of hip arthroplasty support system using real-time acoustic analysis.

使用实时声学分析的髋关节置换术支持系统的全球推广。

• 批准号: 21KK0281
• 负责人: 本間 康弘
• 金额: $ 9.98万
• 依托单位: Juntendo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022 至 2024
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21KK0281/
• 关键词: 人工関節; 音響工学; AI; 聴知覚; 叩打音; 音響解析; 手術支援

研究代表者は、人工関節挿入時の骨の力学的負荷の客観的情報を術者が把握しながら手術を行うことで合併症を回避できないかと着想し、インプラント挿入時叩打音の解析研究により、手術時叩打音解析手法確立・人工知能による叩打音識別・合併症特有の叩打音特性の発見などの成果を得て、叩打音解析による手術支援の可能性を示した。本課題においては、海外施設と共同で、全世界的な母集団での叩打音特性データ解析、継続的な国際共同研究体制構築、叩打時の被叩打物体振動特性による叩打音特性解析を行うことで、高いロバスト性を持つ予測アルゴリズムを含有したクラウドを介する遠隔リアルタイム自動音響解析手術支援システムの開発及び国際展開を目指している。2022年度は、渡航前(2023年度に渡航予定)の事前準備として、アメリカとフランスの共同研究先の研究者と、①今までの研究成果の共有及び議論、②予定している研究内容に関連する最新の学術的知見の共有、③予定している研究内容の詳細な打ち合わせ、の3点を実施した。更には、国内の共同研究機関であるNTTデータCCSとともに、①インプラントの大腿骨への嵌合度を叩打音により自動識別する深層学習を用いたアルゴリズム開発を行い、渡航後に得られる予定である全世界的な患者の叩打音が加わることで、更なる予測精度が高く高度なロバスト性を持つアルゴリズムの開発が十分に見込まれる成果を得た。そして、前段階の基礎的実験として、模擬骨を用いた模擬手術実験を行い、渡航後にフランスで実施する予定の研究計画の推敲を行った。その結果、空気伝搬マイクだけでなく接触型マイクによる精度上昇の可能性、産業技術総合研究所が開発した応力発光体を模擬骨に塗布し、大腿骨への力学的負荷を直接的に評価できる可能性を発見した。これらの2022年度の成果を踏まえ、2023年度中にアメリカとフランスに渡り研究を継続する予定である。

主要研究者提出了这样的想法：通过让外科医生了解人工关节插入过程中骨骼上的机械负荷的客观信息，可以避免并发症，并对植入过程中产生的敲击噪音进行了分析研究我们取得了建立手术中敲击声分析方法、利用人工智能识别敲击声、发现并发症特有的敲击声特征等成果，展示了通过分析敲击声支持手术的可能性。在这个项目中，我们将与海外机构合作，分析全球人群击球声音特征的数据，建立持续的国际联合研究体系，并根据击球过程中被击打物体的振动特征来分析击球声音特征。通过云开发并在国际范围内部署远程实时自动声学分析手术支持系统，其中包括高度稳健的预测算法。 2022年，为了准备这次旅行（计划于2023年旅行），我们将①与美国和法国联合研究地点的研究人员分享和讨论过去的研究成果，②与我们计划进行的研究内容相关。三点：③分享最新的学术知识，③对拟研究内容进行详细讨论。此外，我们将与日本联合研究机构 NTT Data CCS 合作开发一种利用深度学习的算法，根据敲击声自动识别植入物与股骨的贴合程度。通过添加患者的敲击声，我们获得了这种算法。结果预计将导致开发具有更高预测精度和更高鲁棒性的算法。作为初步的初步实验，他们利用模拟骨骼进行了模拟手术实验，并完善了他们计划在法国之行后进行的研究计划。因此，不仅可以提高空气传播麦克风的精度，还可以提高接触式麦克风的精度，并且通过将日本产业技术综合研究所开发的应力刺激材料应用于模拟骨骼，可以提高精度。可以直接评估股骨上的机械负荷我发现了一种可能性。基于 2022 年的这些结果，我们计划于 2023 年在美国和法国继续我们的研究。