形態/機能画像融合イメージングによるCOPDの同一時空間的定量画像評価法の確立

• Project/Area Number: 20K08025
• 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: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 浅見 麻紀 (野山麻紀) 山口大学, 医学部附属病院, 講師 (60808187)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松永 和人 山口大学, 大学院医学系研究科, 教授 (20347602) ; 平野 綱彦 山口大学, 医学部附属病院, 准教授 (00382333) ; 椎木 健裕 山口大学, 医学部附属病院, 講師 (30610456) ; 平野 靖 山口大学, 医学部附属病院, 准教授 (90324459) ; 間普 真吾 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70434321) ; 原田 美沙 山口大学, 医学部附属病院, 診療助教(4日/週) (70894799)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: COPD / PRM-CT / FDG-PET / 気道炎症 / 気流制限 / フェノタイプ / ACO / FDGーPET / 末梢気道炎症 / PRM-CT法 / PET

Outline of Research at the Start

COPD（慢性閉塞性肺疾患）は、たばこ煙などの有害粒子が肺の炎症を誘発し、その結果正常な肺組織構造が破壊され、呼吸困難などの症状をきたすとされてきた。しかし近年では幼少期に気道や肺の重篤な障害を受けることで成人期の肺の発育不全をもたらしCOPDに至ることが知られており、その発症や進展には炎症性だけでなく、非炎症性機転も存在するという概念が提唱されている。
本システムでCOPDにおける気道・肺の炎症／非炎症と構造変化の関係を明らかにすることで、病因に基づくフェノタイプ分類が可能となり、新たな診断基準の提案が可能となることが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

長期に吸入したたばこ煙などの有害粒子により、気道の炎症反応が増強かつ慢性化する。その結果正常な肺組織構造が破壊され、気腫性病変や末梢気道の線維化によって、肺の静的(安静時)、動的(労作時)過膨張や進行性の気流制限に至り、患者は労作時呼吸困難などの症状をきたすとされてきた。気道炎症がどの末梢気道構造変化部位に、もしくは炎症と無関係な末梢気道構造変化がどう生じ進行するのか、PRM-CT法と(FDG)-PETを用いて、それらの画像を融合させ、気道・肺病変の関係を同一時空間で解析することを検討した。現時点で22症例が登録された。患者背景は男性16例、平均年齢74.0±7.3歳、平均BMI 22.7、喫煙歴は非６例、現喫煙6例、過去喫煙12例であった。平均喫煙本数は43.5PY、粉塵吸入歴は４例に認めた。呼吸器疾患の内訳として、COPD９例、ACO３例であった。吸入薬としてICS／LABA １例、LAMA１例、LABA／LAMA ３例、ICS／LABA／LAMA３例、過去I年間の呼吸器疾患増悪例は１例、在宅酸素療法が１例、performance statusは0：12例、1：10例、3：１例であった。いずれも肺癌の合併例である。
全例吸気・呼気CTを同時に撮影し、PRM法を用いて正常、肺気腫、機能的微小気道病変（fSAD）を定めて定量化を行ない、各症例毎に正常、肺気腫、fSADそれぞれの部位のボクセル毎のCT値を元に、画素ごとに比重を測定し、PETのSUVを補正（正規化）した。また画素数も算出しており、それぞれ正規化したSUV値と画素数との積と気流制限、自覚症状、基本チェックリストなどの臨床的パラメーター各項目との関連性を統計解析を試みているが、前提として肺内の腫瘍性病変や心臓周囲のFDGの取り込みを除去すべく、それらの画像処理を再度行なっている状況である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初の予定では、PRM解析した画像とFDG-PETを融合させることで、解析可能と考えていたが、縦隔付近の肺において心臓の影響があるためその部位は除去すべきと判断した。また肺内の腫瘍性病変自体がFDGの取り込みがあるためそれらが今回の検討においてアーチファクトとなるため除去する必要があり、それらをどのように行うか検討が必要であった。

Strategy for Future Research Activity

現在、3D slicerを用いて腫瘍を取り除く作業を行なっている。

Research Products

• [Journal Article] What are key symptoms to be captured for preventing a physician's underestimation of asthma control? (2021)
  • Author(s): Chikumoto A, Matsunaga K, Oishi K, Hamada K, Yamaji Y, Hirano T
  • Journal Title: J Allergy Clin Immunol Pract Volume: 9 Pages: 564-566
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Japanese Respiratory Society Assembly on Pulmonary Physiology: An official JRS statement: The principles of fractional exhaled nitric oxide (FeNO) measurement and interpretation of the results in clinical practice. (2021)
  • Author(s): Matsunaga K, Kuwahira I, Hanaoka M, Saito J, Tsuburai T, Fukunaga K, Matsumoto H, Sugiura H, Ichinose M
  • Journal Title: Respiratory Investigation Volume: 59 Pages: 34-52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Abundant TNF-LIGHT expression in the airways of patients with asthma with persistent airflow limitation: Association with nitrative and inflammatory profiles. (2021)
  • Author(s): Hirano T, Matsunaga K, Oishi K, Doi K, Harada M, Suizu J, Murakawa K, Chikumoto A, Ohteru Y, Matsuda K, Uehara S, Hamada K, Ohata S, Murata Y, Yamaji Y, Asami-Noyama M, Edakuni N
  • Journal Title: Respiratory Investigation Volume: 59 Pages: 651-660
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impact of Frailty on Hippocampal Volume in Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease (2021)
  • Author(s): Takahashi S, Hirano T, Yasuda K, Donishi T, Suga K, Doi K, Oishi K, Ohata S, Murata Y, Yamaji Y, Asami-Noyama M, Edakuni N and Matsunaga K
  • Journal Title: Biomedicines Volume: 9 Issue: 9 Pages: 1103-1103
  • DOI: 10.3390/biomedicines9091103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Feasibility of Discontinuing Biologics in Severe Asthma: An Algorithmic Approach. (2021)
  • Author(s): Hamada K, Oishi K, Murata Y, Hirano T, Matsunaga K
  • Journal Title: Journal of Asthma and Allergy. Volume: 7 Pages: 1463-1471
  • DOI: 10.2147/jaa.s340684
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An official JRS statement: The principles of fractional exhaled nitric oxide (FeNO) measurement and interpretation of the results in clinical practice (2021)
  • Author(s): Matsunaga Kazuto、Kuwahira Ichiro、Hanaoka Masayuki、Saito Junpei、Tsuburai Takahiro、Fukunaga Koichi、Matsumoto Hisako、Sugiura Hisatoshi、Ichinose Masakazu
  • Journal Title: Respiratory Investigation Volume: 59 Issue: 1 Pages: 34-52
  • DOI: 10.1016/j.resinv.2020.05.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prevalence, disease burden, and treatment reality of patients with severe, uncontrolled asthma in Japan (2020)
  • Author(s): Nagase Hiroyuki、Adachi Mitsuru、Matsunaga Kazuto、Yoshida Atsushi、Okoba Tomoko、Hayashi Nobuya、Emoto Kahaku、Tohda Yuji
  • Journal Title: Allergology International Volume: 69 Issue: 1 Pages: 53-60
  • DOI: 10.1016/j.alit.2019.06.003
  • NAID: 130007788687
  • ISSN: 1323-8930, 1440-1592
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of sinus surgery on type 2 airway and systemic inflammation in asthma (2020)
  • Author(s): Hamada Kazuki、Oishi Keiji、Chikumoto Ayumi、Murakawa Keita、Ohteru Yuichi、Matsuda Kazuki、Uehara Sho、Suetake Ryo、Ohata Shuichiro、Murata Yoriyuki、Yamaji Yoshikazu、Asami-Noyama Maki、Ito Kosuke、Edakuni Nobutaka、Hirano Tsunahiko、Matsunaga Kazuto
  • Journal Title: Journal of Asthma Volume: Epub ahead of print Issue: 6 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1080/02770903.2020.1729380
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Detection of type2 biomarkers for response in COPD (2020)
  • Author(s): Yamaji Yoshikazu、Oishi Keiji、Hamada Kazuki、Ohteru Yuichi、Chikumoto Ayumi、Murakawa Keita、Matsuda Kazuki、Suetake Ryo、Murata Yoriyuki、Ito Kosuke、Asami-Noyama Maki、Edakuni Nobutaka、Hirano Tsunahiko、Matsunaga Kazuto
  • Journal Title: Journal of Breath Research Volume: 14 Issue: 2 Pages: 026007-026007
  • DOI: 10.1088/1752-7163/ab71a4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A voxel image‐based pulmonary airflow simulation method with an automatic detection algorithm for airway outlets (2020)
  • Author(s): Jiang Fei、Hirano Tsunahiko、Ohgi Junji、Chen Xian
  • Journal Title: International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering Volume: 36 Issue: 3 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1002/cnm.3305
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dupilumab: Basic aspects and applications to allergic diseases (2020)
  • Author(s): Matsunaga Kazuto、Katoh Norito、Fujieda Shigeharu、Izuhara Kenji、Oishi Keiji
  • Journal Title: Allergology International Volume: 69 Issue: 2 Pages: 187-196
  • DOI: 10.1016/j.alit.2020.01.002
  • NAID: 130007832970
  • ISSN: 1323-8930, 1440-1592
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Association of low-dosage systemic corticosteroid use with disease burden in asthma (2020)
  • Author(s): Matsunaga Kazuto、Adachi Mitsuru、Nagase Hiroyuki、Okoba Tomoko、Hayashi Nobuya、Tohda Yuji
  • Journal Title: npj Primary Care Respiratory Medicine Volume: 30 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41533-020-00192-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Novel Role of Growth Differentiation Factor (GDF)-15 in Overlap with Sedentary Lifestyle and Cognitive Risk in COPD (2020)
  • Author(s): Tsunahiko Hirano, Keiko Doi, Kazuto Matsunaga, Tomoyuki Kakugawa et al.
  • Journal Title: Journal of Clinical Medecine Volume: 9(9) Issue: 9 Pages: 2737-2737
  • DOI: 10.3390/jcm9092737
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of Type2 Inflammatory Biomarkers in Chronic Obstructive Pulmonary Disease (2020)
  • Author(s): Oishi Keiji、Matsunaga Kazuto、Shirai Toshihiro、Hirai Keita、Gon Yasuhiro
  • Journal Title: Journal of Clinical Medicine Volume: 9 Issue: 8 Pages: 2670-2670
  • DOI: 10.3390/jcm9082670
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comorbid Conditions in Chronic Obstructive Pulmonary Disease: Potential Therapeutic Targets for Unmet Needs (2020)
  • Author(s): Matsunaga Kazuto、Harada Misa、Suizu Junki、Oishi Keiji、Asami-Noyama Maki、Hirano Tsunahiko
  • Journal Title: Journal of Clinical Medicine Volume: 9 Issue: 10 Pages: 3078-3078
  • DOI: 10.3390/jcm9103078
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A New Dyspnea Evaluation System Focusing on Patients’ Perceptions of Dyspnea and Their Living Disabilities: The Linkage between COPD and Frailty (2020)
  • Author(s): Oishi Keiji、Matsunaga Kazuto、Harada Misa、Suizu Junki、Murakawa Keita、Chikumoto Ayumi、Ohteru Yuichi、Matsuda Kazuki、Uehara Sho、Hamada Kazuki、Ohata Shuichiro、Murata Yoriyuki、Yamaji Yoshikazu、Asami-Noyama Maki、Edakuni Nobutaka、Kakugawa Tomoyuki、Hirano Tsunahiko
  • Journal Title: Journal of Clinical Medicine Volume: 9 Issue: 11 Pages: 3580-3580
  • DOI: 10.3390/jcm9113580
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Treatment of severe asthma with consideration of airflow limitation, symptoms, and exacerbations (2021)
  • Author(s): Matsunaga K
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology (ASPR2021）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Airway obstruction in asthma (2021)
  • Author(s): Matsunaga K
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology (ASPR2021）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multiscale modeling for pulmonary airflow simulation (2021)
  • Author(s): Jiang F, Chen X, Hirano T, Matsunaga K, Ohgi J
  • Organizer: International Conference on Computational Methods2021 (ICCM2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prediction of progression of airflow limitation in asthma using machine learning approach. (2021)
  • Author(s): 5.濱田和希, 安部武士, 早野崇英, 中津井雅彦, 村田順之, 大石景士, 平野綱彦, 浅井義之, 松永和人
  • Organizer: 第30回国際喘息学会日本・北アジア部会.
• [Presentation] Significance of brain network on physical activity among obstructive lung disease. (2020)
  • Author(s): Hirano T, Donishi T, Takahashi S, Suga K, Doi K, Tsukamoto T, Murakawa K, Chikumoto A, Ohteru Y, Matsuda K, Hamada K, Suetake R, Murata Y, Oishi K, Yamaji Y, Asami-Noyama M, Edakuni N, Kakugawa T, Matsunaga K
  • Organizer: European Respiratory Society international congress 2020
• [Presentation] Exploring factors related to physical inactivity in asthma and COPD overlap (ACO). (2020)
  • Author(s): Hirano T, Doi K, Murakawa K, Chikumoto A, Ohteru Y, Matsuda K, Hamada K, Suetake R, Murata Y, Oishi K, Yamaji Y, Asami-Noyama M, Edakuni N, Kakugawa T, Matsunaga K
  • Organizer: European Respiratory Society international congress 2020
• [Presentation] Association between lung dysfunction and extra-pulmonary factors in young people. (2020)
  • Author(s): Doi K, Hirano T, Murakawa K, Chikumoto A, Ohteru Y, Matsuda K, Hamada K, Suetake R, Murata Y, Oishi K, Yamaji Y, Asami-Noyama M, Edakuni N, Kakugawa T, Matsunaga K
  • Organizer: European Respiratory Society international congress 2020
• [Presentation] Symptom assessment for preventing physician’s underestimation of asthma control. (2020)
  • Author(s): Chikumoto A, Matsunaga K, Hamada K, Oishi K, Yano M, Yamaji Y, Hirano T
  • Organizer: European Respiratory Society international congress 2020
• [Presentation] Significance of Growth Differentiation Factor 15 (GDF15) in Relationship Between Physical Inactivity and Cognitive Impairment in COPD. (2020)
  • Author(s): Hirano T, Takahashi S, Donishi T, Yasuda K, Suga K, Mimura Y, Doi K, Murakawa K, Chikumoto A, Ohteru Y, Matsuda K, Murata Y, Hamada K, Suetake R, Oishi K, Yamaji Y, Asami M, Edakuni N, Matsunaga K
  • Organizer: American Thoracic Society International Conference 2020
• [Presentation] The Role of Inflammatory Mediator Profiles on Development of Airway Remodeling in Stable Asthma. (2020)
  • Author(s): Hirano T, Doi K, Chikumoto A, Murakawa K, Ohteru Y, Matsuda K, Hamada K, Suetake R, Murata Y, Oishi Y, Yamaji Y, Asami M, Edakuni N, Kakukawa T, Matsunaga K
  • Organizer: American Thoracic Society International Conference 2020
• [Presentation] Factors Associated with Frequent Asthma Exacerbations in Clinical Setting. (2020)
  • Author(s): Asami M, Hirano T, Oishi K, Matsunaga K
  • Organizer: American Thoracic Society International Conference 2020
• [Presentation] Biomarker-Based Detection of Type-2 Inflammation in COPD Patients. (2020)
  • Author(s): Oishi K, Hirano T, Chikumoto A, Ohteru Y, Murakawa K, Matsuda K, Hamada K, Suetake R, Yamaji Y, Murata Y, Asami-Noyama M, Edakuni N, Matsunaga K
  • Organizer: American Thoracic Society International Conference 2020
• [Presentation] Airway TNF-LIGHT expression and associated molecular inflammatory profiles in asthma patients with persistent airflow limitation. (2020)
  • Author(s): Hirano T
  • Organizer: APSR Assembly Virtual Meeting, virtual
• [Presentation] COPDの身体活非活動と認知機能障害の連関における脳白質微細構造障害の意義. (2020)
  • Author(s): 平野綱彦, 高橋隼, 堂西倫弘, 安田香澄, 菅一能, 土居恵子, 筑本愛祐美, 大輝祐一, 村川慶多, 松田和樹, 濱田和希, 末竹諒, 村田順之, 大石景士, 山路義和, 浅見麻紀, 枝國信貴, 角川智之, 松永和人
  • Organizer: 第60回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 肺イメージングバイオマーカーを用いたCOPDにおける末梢気道病変と肺血流の関連についての検討 (2020)
  • Author(s): 濱田和希, 大石景士, 岡田宗正, 椎木健裕, 平野綱彦, 原田佳明, 大輝祐一, 筑本愛祐美, 村川慶多, 松田和樹, 末竹諒, 村田順之, 山路義和, 浅見麻紀, 枝國信貴, 國弘佳枝, 松永和人
  • Organizer: 第60回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 日常臨床における喘息増悪関連因子の検討－SEACON surveyより－ (2020)
  • Author(s): 浅見麻紀, 平野綱彦, 大輝祐一, 筑本愛祐美, 村川慶多, 松田和樹, 濱田和希, 末竹諒, 山路義和, 村田順之, 大石景士, 枝國信貴, 松永和人
  • Organizer: 第60回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 医師-患者間の症状評価不一致に関連する喘息患者の症状の検討 (2020)
  • Author(s): 筑本愛祐美, 濱田和希, 大石景士, 山路義和, 平野綱彦, 大輝祐一, 村川慶多, 松田和樹, 末竹諒, 村田順之, 浅見麻紀, 枝國信貴, 角川智之, 松永和人
  • Organizer: 第60回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] COPDにおけるT2バイオマーカー発言とステロイド反応性 (2020)
  • Author(s): 山路義和, 大石景士, 濱田和希, 大輝祐一, 筑本愛祐美, 村川慶多, 松田和樹, 末竹諒, 村田順之, 浅見麻紀, 枝國信貴, 平野綱彦, 角川智之, 松永和人
  • Organizer: 第60回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 気管支喘息におけるParametric Response Mappingの検討 (2020)
  • Author(s): 大石景士, 平野綱彦, 濱田和希, 椎木健裕, 松田和樹, 末竹諒, 村田順之, 山路義和, 浅見麻紀, 枝国信貴, 松永和人
  • Organizer: 第60回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] コントロール不良因子とbiological signatureを組み合わせて弁別した重症喘息の臨床特性 (2020)
  • Author(s): 大石景士, 平野綱彦, 水津純輝, 原田美沙, 村川慶多, 大輝祐一, 松田和樹, 上原翔, 濱田和希, 大畑秀一郎, 山路義和, 村田順之, 浅見麻紀, 枝国信貴, 角川智之, 松永和人
  • Organizer: 第1回日本喘息学会学術大会
• [Book] 在宅ケアのためのエッセンス (2020)
  • Author(s): 大草 知子、松永 和人、吉田 俊子、亀井 智子、濱田 和希、酒木 保、若林 律子、猪飼 やす子、岡本 香津美、上田 博臣、中西 美貴、名尾 朋子、柿並 洋子、李 民純、東雲 紀子、菅原 亜希
  • Total Pages: 160
  • Publisher: エム・イー・タイムス
  • ISBN: 9784943920229
• [Book] 新 呼吸器専門医テキスト（改訂第2版） (2020)
  • Author(s): 平野 綱彦
  • Total Pages: 726
  • Publisher: 南江堂
  • ISBN: 9784524226894