MOCKUP · SPReAD 1000 企画(外観イメージ) #91 · AI for Science/医療テーマ
#91

「原因不明の息切れ・疲労」はどの臓器が止めているのか——心肺運動負荷試験(CPET)の時系列をAIで読み、運動制限のフェノタイプを解く

🔬 ergomap.research / cpet-phenotype
ErgoMap — CPET運動制限フェノタイピング
研究プロトタイプ ・ 心肺運動負荷試験の時系列を解析(ダミーデータ)
解析CPET 4,120検査
解析したCPET検査
4,120検査
制限因子フェノタイプ
5
「正常CPET」の再分類
31%
▲ 見落とし病態を再分類
AT自動検出の一致
κ.84
▲ 専門医判定と
運動中の心肺応答(breath-by-breath 時系列)
安静→最大運動までのVO₂・VCO₂・換気量。AT=嫌気性代謝閾値。AIが律速臓器を根拠つきで指す。
L/min AT VO₂peak 18.2 mL/kg/min(予測の64%) AIの読み(較正確率 0.83) O₂ pulse頭打ち+VO₂/WR低下 → 心拍応答不全が律速・肺(換気予備)は非律速 安静 AT きつい 最大 運動負荷(Work Rate:安静 → 最大)
VO₂(酸素摂取) VCO₂(CO₂排出) VE(分時換気量) AT(嫌気性代謝閾値)
発見された制限因子フェノタイプ(教師なしクラスタリング)
各クラスタの主因とコホート内の頻度。赤=この患者が属する型。
1心拍応答不全(変時性不全・低O₂ pulse)← 該当26%
2脱トレーニング(低VO₂peak・効率は正常)24%
3機能性呼吸障害(過換気・不規則呼吸)18%
4換気効率低下(高 VE/VCO₂ slope)17%
5末梢酸素利用障害(緩徐なVO₂動態)15%
↑ 研究コード名「ErgoMap」。CPETのbreath-by-breath時系列をデータに、
運動を止めている律速臓器を較正確率つきで切り分けた完成イメージ。
CPETはVO₂・VCO₂・換気・心拍を運動中に同時記録する唯一の統合機能検査。その時系列をAIで読み、「原因不明の息切れ・疲労」を心臓・肺・末梢・脱トレ・呼吸障害のどれが律速かに較正確率つきで切り分ける——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:循環器・呼吸器 × 運動生理AI
🔬 問い・学術的背景

CPETは統合機能検査だが、判読はAT・VE/VCO₂ slope・O₂ pulseなど少数の指標と「9パネル」の目視に切り詰められ、熟練依存でばらつく。原因不明の息切れ・運動不耐(Long COVID後の労作時症状を含む)が増える中、心臓・肺・末梢酸素利用・脱トレ・呼吸障害のどの系が律速かを一貫して切り分けられているか——が問い。

🎯 仮説・新規性

breath-by-breathの時系列フィールドそのものを学習すれば、離散カテゴリでなく連続的な制限因子フェノタイプ(心拍応答不全/換気効率低下/末梢酸素利用障害/脱トレ/機能性呼吸障害)を較正確率つきで表現でき、「正常CPET」とされた中から見落とされた病態を再分類できる、と仮説する。

🤖 AI活用の必然性

breath-by-breathは非定常・ノイズが大きく、ATの目視やV-slopeは恣意的な閾値設定に依存し、9パネルの統合判断は専門医の暗黙知。時系列モデルなら閾値で切らず連続量として学習し、判断根拠のパネルを指し示せる=集計や固定式では届かない粒度。

💰 500万円の使途
  • ① 既存CPET検査の二次利用データ整備と匿名化
  • ② breath-by-breathのノイズ除去とAT・閾値の自動推定
  • ③ 教師なし+弱教師でのフェノタイプ・クラスタリング
  • ④ 別装置・別プロトコル(ramp/段階負荷)での較正検証
  • ⑤ 計算資源・学生人件費・倫理審査(IRB)
📈 期待成果・社会実装(出口)

原因不明の息切れ外来・Long COVID評価でのトリアージ補助、CPET判読の標準化と医学教育。出口は判読支援ソフト+多施設フェノタイプ辞書Hiro自身が運動生理を学ぶ医学生=当事者として、生理の連なりを可視化に落とせるのが強み。

※ 正直な関門:CPETは実施施設が限られデータが専門施設に偏る/正解ラベルが「専門医の解釈」=循環的で確定診断との突合せが弱い/最大努力(RER>1.1等)が前提で努力依存/装置・プロトコル差の正規化が難しい/Long COVIDの定義自体が揺れる。e-Radは所属大学の機関登録・承認が前提。
完成イメージ(ダミーデータ)・企画ログ → spread-plans.md #91