MOCKUP · SPReAD 1000 企画(外観イメージ) #87 · AI for Science/医療テーマ
#87

陽性血液培養のグラム染色をAIで形態カテゴリ化し、培養を待たずにempiric抗菌薬へ接地する

🔬 gramorph.research / blood-culture-gramstain
GRAMORPH — 陽性血培グラム染色の形態カテゴリ化
研究プロトタイプ ・ 顕微鏡/スマホ塗抹像を解析(ダミーデータ)
解析スライド 3,100枚
解析した塗抹像
3,100
形態カテゴリ
7クラス
カテゴリ一致
AUC.94
▲ 培養/MALDIで較正
端末横断
3機種
グラム染色 全視野(油浸1000倍)→ 形態カテゴリ判定
紫=グラム陽性、赤=グラム陰性。形(球菌/桿菌)と配列(房状/連鎖/双球)が起炎菌を語る。AIが菌体を検出し背景・染色夾雑と区別。
GPC clusters ・p=.71 GNR ・p=.18
グラム陽性球菌 房状.71
グラム陰性桿菌.18
グラム陽性球菌 連鎖.07
酵母/複数菌.04
最尤カテゴリ:グラム陽性球菌(房状)=ブドウ球菌を示唆
※ 形態カテゴリの示唆。菌種確定は培養/MALDI-TOF。施設アンチバイオグラムに接地して提示。
empiric:抗MRSA薬を考慮 要確認:MSSA/MRSA・コンタミ(CNS)鑑別
端末・染色をまたいだ較正(信頼性の担保)
機種・染色ロットが変わっても確率が崩れないか=較正誤差(ECE)で評価。低いほど確信度が信頼できる。
A据置デジタル顕微鏡(WSI).041
Bスマホ+接眼アダプタ.058
C別施設・別染色ロット.079
Σ端末横断 較正後の平均ECE(目標<0.08).061
↑ 研究コード名「GRAMORPH」。陽性血培のグラム染色塗抹をAIが形態カテゴリ化し、
確信度を較正して empiric 抗菌薬選択へ接地する完成イメージ(ダミーデータ)。
菌血症は抗菌薬が1時間遅れるごとに予後が悪化する。最速の起炎菌情報であるグラム染色を、CNN/Vision Transformerで形態カテゴリに確率較正し、顕微鏡とスマホをまたいで標準化、夜間・小規模施設でも empiric 抗菌薬選択を説明可能に支える——完成したらこう見える、の外観イメージ。
上限 500万円(直接経費) 学生応募可(医学生=当事者) e-Rad 応募 第2回・2026年6月上旬予定 分野:臨床微生物 × 医用AI
🔬 問い・学術的背景

陽性血液培養のグラム染色は、培養同定(1〜2日)を待たずに起炎菌を方向づける最速の情報(GPC clusters=黄色ブドウ球菌、GNR=腸内細菌/緑膿菌…)。だが夜間・休日・小規模施設では読める人がいないうえ、検査技師/医師の熟練に依存し、塗抹厚・脱色のばらつきも大きい。塗抹の形態学を端末をまたいで標準化できるか——が問い。

🎯 仮説・新規性

グラム染色の形態(染色性×形×配列)はempiric治療に足る情報を符号化している。新規性は陽性/陰性の検出を超え、①7+クラスの形態カテゴリを確率較正 ②顕微鏡とスマホをまたぐ端末横断較正 ③empiric抗菌薬選択への接地と説明可能性を1つの基盤に統合する点。

🤖 AI活用の必然性

背景夾雑や染色アーチファクトが菌体と紛らわしく、色閾値や形状検出だけでは精度が頭打ち。CNN/Vision TransformerでWSI(全視野)の形態を学習し、夜間・休日でも即時に全視野を読む=AIでしか届かない即時性と網羅性。確信度の較正まで含めて初めて臨床判断に使える。

💰 500万円の使途
  • ① 多施設の匿名化グラム染色WSI/スマホ画像収集(菌種は培養・質量分析(MALDI-TOF)で確定ラベル
  • ② 形態分類モデルの開発・確率較正
  • ③ 端末・染色ロット横断の頑健化
  • ④ 抗菌薬選択への接地と説明UI
  • ⑤ 倫理審査(IRB)・コード/データ公開
📈 期待成果・社会実装(出口)

較正済みの「形態カテゴリ+確信度+empiric示唆」の判断支援(夜間当直・小規模施設・抗菌薬適正使用支援=ASP)と公開コード。出口は治療開始の前倒しと過剰広域抗菌薬の抑制。最終同定は培養/MALDI、診断・処方は医療者が担いSaMD規制対象Hiro自身が細菌学・感染症を学ぶ医学生=当事者で、塗抹像とドメイン両面で優位。

※ 正直な関門:陽性血培グラム染色のCNN(7クラス分類)・Vision Transformer・スマホ型(2025年のBiTTE-iEで総合一致93.8%)など既報があり完全な空白ではない=差別化は「確率較正 × 端末横断 × 抗菌薬接地・説明可能性」に絞る。陽性血培の菌種は偏り(ブドウ球菌・大腸菌が多く、まれ菌・複数菌は学習困難)。塗抹厚・脱色のばらつきが大きく、形態カテゴリ止まりで菌種確定は培養が要る。検査の精度管理・診断確定は人が担保。学生応募でも所属大学のe-Rad機関登録・承認が前提、第2回の公募要領は確定次第の確認が必要。
完成イメージ(ダミーデータ)・ドメイン=臨床微生物(グラム染色塗抹)/ 企画ログ → spread-plans.md #87