Development of radiomics-based pulmonary ventilation imaging

• Project/Area Number: 19K08116
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: Kadoya Noriyuki 東北大学, 大学病院, 助教 (20604961)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 市地 慶 (市地慶) 東北大学, 医学系研究科, 講師 (90743443) ; 神宮 啓一 東北大学, 医学系研究科, 教授 (00451592) ; 山本 貴也 東北大学, 医学系研究科, 助教 (30733159)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 放射線治療 / 機械学習 / 深層学習 / 肺癌 / 肺臓炎 / radiomics / 肺機能 / 肺換気画像 / 呼吸機能検査 / 肺機能画像 / スパイロメータ

Outline of Research at the Start

高次元の画像特徴量を用いるradiomics技術を用いてCT画像のみから肺機能画像を作成ｓる手法の開発を行う。この技術を用いることで肺野内のCT値情報から膨大な高次元画像特徴量を抽出することができ、これまで不可能であったCT画像のみから局所的な換気能力の違いを捉えることができ、高精度な肺機能画像を簡便に作成することが可能ではないかと考えた。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed and tested the feasibility of pulmonary function value prediction method that combines advanced medical image processing (radiomics analysis) and machine learning.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我々は肺癌の放射線治療において、患者毎に肺機能に応じた正常肺への線量低減により重篤な副作用を低減する目的で、肺機能画像を用いたオーダーメイド放射線治療法の開発を行ってきた。今までは肺機能画像を取得するために追加検査が必要であり、かつその検査も容易に行う事ができなかった。そこで、我々は放射線治療予後予測研究に既に用いているradiomics技術に注目し、この技術で肺野内のCT値情報から膨大な高次元画像特徴量を抽出することができ、これまで不可能であったCT画像のみから局所的な換気能力の違いを捉えることができ、高精度な肺機能画像を簡便に作成することが可能ではないかという着想で本研究を行った。

Research Products

• [Journal Article] Homology‐based radiomic features for prediction of the prognosis of lung cancer based on CT‐based radiomics (2020)
  • Author(s): Kadoya Noriyuki、Tanaka Shohei、Kajikawa Tomohiro、Tanabe Shunpei、Abe Kota、Nakajima Yujiro、Yamamoto Takaya、Takahashi Noriyoshi、Takeda Kazuya、Dobashi Suguru、Takeda Ken、Nakane Kazuaki、Jingu Keiichi
  • Journal Title: Medical Physics Volume: 47 Issue: 5 Pages: 2197-2205
  • DOI: 10.1002/mp.14104
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Evaluation of CT-Based Radiomics Features for Predicting Parameters Measured Using a Pulmonary Function Test (2020)
  • Author(s): Ieko Y, Kadoya N, Abe K, Tanaka S, Takagi H, Kanai T, Ichiji K, Yamamoto T, Ariga H, Jingu K
  • Organizer: 2020 Joint AAPM | COMP Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Book] レディオミクス入門 (2021)
  • Author(s): 有村 秀孝、角谷 倫之
  • Total Pages: 338
  • Publisher: オーム社
  • ISBN: 9784274226380
• [Book] 詳説 非剛体レジストレーション ―放射線治療領域― (2020)
  • Author(s): 角谷 倫之 (監修)
  • Total Pages: 264
  • Publisher: 中外医学社
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特許権 (2021)
  • Inventor(s): 角谷倫之、梅田真梨子、菅井裕斗、田中祥平、神宮啓一
  • Industrial Property Rights Holder: 角谷倫之、梅田真梨子、菅井裕斗、田中祥平、神宮啓一
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-060268
  • Filing Date: 2021