Development of clinical MRI software for quantitative analysis of intra-tumor apoptosis and its clinical trial

• Project/Area Number: 19K08098
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 黒田 昌宏 岡山大学, 保健学域, 教授 (50225306)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2022: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: MRI / ソフトウェア / 拡散強調画像 / アポトーシス / 臨床試験

Outline of Research at the Start

三次元細胞培養を行いながら臨床用画像診断装置で撮像できるように我々が開発したバイオファントムと細胞の状態を任意に変化させる分子生物学の技術を併用し、目的達成型、演繹的な新しい研究手法を用いて、悪性腫瘍治療の新しい早期感受性予測法を開発することを全体構想とする。具体的な目的としては、分子標的薬剤や高精度放射線治療など新規腫瘍治療による腫瘍内アポトーシス発現の定量的評価のために我々が開発した腫瘍内アポトーシス高感度定量解析法を用いて画像化する臨床MRI用ソフトウェアを作製、性能評価し、臨床試験を開始する。

Outline of Annual Research Achievements

これまで、MRIを用いて腫瘍内アポトーシス発現を定量的に評価する新しい分子画像解析の方法を、新開発したバイオファントムによる三次元細胞培養と細胞を任意の状態に変化させる分子生物技術を併用して、臨床用MR装置を用いて開発した。
今回の研究の目的は、これまでの基礎研究の成果を、3段階で臨床試験に移行する。第１段階では、病院の画像サーバーから処理前画像を取り込み、画像解析処理して目的画像を自動生成し、画像サーバーに処理画像を登録できる性能をもつ、臨床試験用のMRI画像処理ソフトウェア(アポトーシス高感度定量解析モジュール)を作製する。第２段階では、このソフトウェアの性能をバイオファントムを用いて基礎実験にて性能評価する。最終の第３段階では、少数例のボランティアと患者に対して、開発したソフトウェアを用いて、臨床における新規アポトーシス検出画像の有用性を評価する臨床試験を行う。
2022(令和4)年度には、第２段階でのバイオファントムを用いた基礎実験により、2種類のモジュールに対する論文2編が出版された。また、第３段階の成果として、頭頚部領域腫瘍患者を対象に臨床試験の申請に基づき、病院の臨床MR装置用の画像サーバーから処理前の臨床画像を取り込み、新たに開発したアポトーシス定量のための画像解析処理により目的画像(高速DKI撮像画像)を自動生成し、画像サーバーに処理画像を登録できる性能をもつ、臨床試験用のMRI画像処理ソフトウェア(アポトーシス高感度定量解析モジュールII)を開発し、その画像の有用性の確認のため、臨床試験の初期評価をおこなった論文1編がアクセプトされた。また同内容で学会報告も行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は、すでに開発したMRI拡散強調画像をベースとしたASM画像撮像法に関する論文1編を出版した。さらに、新たな画像解析手法の有用性を示す論文1編も出版した。また、新たな臨床試験用のMRI画像処理ソフトウェア(高速DKI撮像法)を開発し、この新規画像を評価するための臨床試験の初期評価の論文1編がアクセプトされている。これらの進展から、おおむね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

ソフトウェアの性能をさらに改善するため、開発したソフトウェアが作成した画像に対する画像処理用フィルタの開発と評価をすすめる。また、今回新規開発した高速DKI撮像法によるMK画像の有用性を証明する臨床研究をさらに推進する予定である。また、報告済みの高速DKI撮像法と制限拡散用ファントムを用いて、撮像の最適化に関する基礎研究も同時にさらに進める。

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of calculation processes of apparent diffusion coefficient subtraction method (ASM) imaging. (2023)
  • Author(s): Majd Barham, Masahiro Kuroda, Yuuki Yoshimura, Kentaro Hamada, Abdullah Khasawneh, Kohei Sugimoto, Kohei Konishi, Nouha Tekiki, Irfan Sugianto, Babatunde O Bamgbose, Hinata Ishizaka, Yudai Shimizu, Yuki Nakamitsu, Wlla E Al-Hammad, Ryo Kamizaki, Akira Kurozumi, Toshi Matsushita, Seiichiro Ohno, Junichi Asaumi
  • Journal Title: PloS one Volume: 18(2) Issue: 2 Pages: e0282462-e0282462
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0282462
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of Fast Diffusion Kurtosis Imaging Using New Software Designed for Widespread Clinical Use (2022)
  • Author(s): Masahiro Kuroda, Kohei Konishi, Kohei Sugimoto, Yuuki Yoshimura, Kentaro Hamada, Abdullah Khasawnehc, Majd Barham, Nouha Tekiki, Irfan Sugianto, Babatunde O Bamgbose, Hinata Ishizaka, Yudai Shimizu, Yuki Nakamitsu, Wlla E Al-Hammad, Ryo Kamizaki, Akira Kurozumi, et al
  • Journal Title: Acta Medica Okayama Volume: 76 Issue: 3 Pages: 297-305
  • DOI: 10.18926/AMO/63739
  • URL: https://ousar.lib.okayama-u.ac.jp/63739
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development and Evaluation of a Short-time Imaging Method for the Clinical Study of the Apparent Diffusion Coefficient Subtraction Method (2022)
  • Author(s): Kohei Sugimoto, Masahiro Kuroda, Yuuki Yoshimura, Kentaro Hamada, Abdullah Khasawneh, Majd Barham, Nouha Tekiki, Kohei Konishi, Hinata Ishizaka, Yudai Shimizu, Yuki Nakamitsu, Wlla E Al-Hammad, Ryo Kamizaki, Susumu Kanazawa, Junichi Asaumi
  • Journal Title: Acta Medica Okayama Volume: 76 Issue: 1 Pages: 25-32
  • DOI: 10.18926/AMO/63205
  • URL: https://ousar.lib.okayama-u.ac.jp/63205
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of the Imaging Process for a Novel Subtraction Method Using Apparent Diffusion Coefficient Values (2021)
  • Author(s): Kentaro Hamada, Masahiro Kuroda, Yuuki Yoshimura, Abdullah Khasawneh, Majd Barham, Nouha Tekiki, Irfan Sugianto, Babatunde O Bamgbose, Kohei Konishi, Kohei Sugimoto, Hinata Ishizaka, Akira Kurozumi, Toshi Matsushita, Seiichiro Ohno, Susumu Kanazawa, Junichi Asaumi
  • Journal Title: Acta Medica Okayama Volume: 75 Issue: 2 Pages: 139-145
  • DOI: 10.18926/AMO/61880
  • NAID: 120007029903
  • URL: https://ousar.lib.okayama-u.ac.jp/61880
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of a novel phantom using polyethylene glycol for the visualization of restricted diffusion in diffusion kurtosis imaging and apparent diffusion coefficient subtraction method (2020)
  • Author(s): Abdullah Khasawneh, Masahiro Kuroda, Yuuki Yoshimura, Irfan Sugianto, Babatunde O. Bamgbose, Kentaro Hamada, Majd Barham, Nouha Tekiki, Kohei Konishi, Kohei Sugimoto, Hinata Ishizaka, Akira Kurozumi, Toshi Matsushita, Seiichiro Ohno, Susumu Kanazawa and Junichi Asaumi
  • Journal Title: Biomedical Reports Volume: 13 Issue: 6 Pages: 1-7
  • DOI: 10.3892/br.2020.1359
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a novel method for visualizing restricted diffusion using subtraction of apparent diffusion coefficient values (2019)
  • Author(s): Yuuki Yoshimura, Masahiro Kuroda, Irfan Sugianto, Abdullah Khasawneh, Babatunde O. Bamgbose, Kentaro Hamada, Majd Barham, Nouha Tekiki, Akira Kurozumi, Toshi Matsushita, Seiichiro Ohno, Susumu Kanazawa and Junichi Asaumi
  • Journal Title: Molecular Medicine Reports Volume: 20 Pages: 2963-2969
  • DOI: 10.3892/mmr.2019.10523
  • NAID: 120006783249
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 高速diffusion kurtosis imaging の頭頸部悪性腫瘍に対する有用性の検討：初期臨床研究 (2022)
  • Author(s): 清水 雄大, 仲光 勇輝, 竹下 洋平, 岡田 俊輔, 藤倉 満美子, 吉田 鈴加, 福村 優華, 柳 文修, 黒田 昌宏, 浅海 淳一
  • Organizer: 日本歯科放射線学会 第3 回秋季学術大会
• [Presentation] 臨床研究のための apparent diffusion coefficient subtraction methodの短時間撮像法と取得画像の評価 (2021)
  • Author(s): 杉本昂平, 黒田昌宏, 吉村祐樹, 濱田健太郎, 小西晃平, 石坂日向, 清水雄大, 仲光勇輝, 上﨑 亮
  • Organizer: 第17回中四国放射線医療技術フォーラム
• [Presentation] 制限拡散を描出するための新たなADCサブトラクション法の開発 (2021)
  • Author(s): 吉村祐樹, 黒田昌宏
  • Organizer: 第49回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] ADC Subtraction Methodのための画像作成ソフトウェアの開発 (2019)
  • Author(s): 濱田 健太郎、黒田昌宏、吉村祐樹、小西晃平、杉本昂平、石坂日向
  • Organizer: 第15回中四国放射線医療技術フォーラム CSFRT 2019
  • Int'l Joint Research