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Deep learning approach to predict tumor regression for adaptive radiotherapy

Research Project

Project/Area Number 20K22795
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0901:Oncology and related fields
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Shohei Tanaka  東北大学, 大学病院, 助手 (90883330)

Project Period (FY) 2020-09-11 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords放射線治療 / 腫瘍 / 人工知能 / 機械学習 / レディオミクス / CT / 頭頚部癌 / 腫瘍縮小 / 患者個別化医療
Outline of Research at the Start

頭頚部や肺癌患者において、放射線治療中に腫瘍が大きく縮小する場合があるため、放射線治療の再計画がしばしば必要となる。しかしながら、臨床業務の負担を考えると全ての患者を再計画することは不可能であるため、治療前に再計画が必要な患者を選別しておくことが重要である。そこで我々は深層学習及び多様な画像処理を用い、放射線治療計画用に撮影されたCTやMRIの医療画像のみから、患者毎の腫瘍の縮小率を予め予測し、治療を行う前に再計画が必要な患者の選定や治療方針の最適化を行うこと考えた。本技術により、臨床業務の負担削減や治療効果の向上ならびに正常組織の障害を減らすことができると考えられる。

Outline of Final Research Achievements

This study predicted tumor shrinkage by radiotherapy based on CT images before radiotherapy. It is expected to reduce the burden on clinical situation and expand treatment options, since only patients who will shrink can have their plans re-created by predicting whether a tumor will shrink or not before radiotherapy,.
As a method, CT tumors images were input to the artificial intelligence (AI), from which numerical values of various tumor characteristics were extracted. Based on the numerical data, we predicted whether the tumor would shrink or not.
As a result, the prediction accuracy was about AUC=0.7. We believe that further external validation of the results of this study will lead to practical applications in the future.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

【学術的な意義】本研究により、人工知能によって、放射線治療前のCT画像から放射線治療後の腫瘍の縮小を予測することが可能であることが示唆されました。従来は、年齢や化学療法や腫瘍部位などの臨床情報を用いることが一般的でしたが、本研究により治療前のCT画像から予測が可能であることが示唆されました。
【社会的な意義】本研究により、放射線治療前のCT画像から治療効果を予測すると治療計画の再計画が必要な患者を特定できたり、治療効果が薄いと認められた患者に対しては手術などの別の治療法を選択できるようになったりします。このようなことから、がんの治療効果の予測に関する研究は、社会的に大きな意義を持ちます。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (3 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] A deep learning-based radiomics approach to predict head and neck tumor regression for adaptive radiotherapy2022

    • Author(s)
      Tanaka Shohei、Kadoya Noriyuki、Sugai Yuto、Umeda Mariko、Ishizawa Miyu、Katsuta Yoshiyuki、Ito Kengo、Takeda Ken、Jingu Keiichi
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-022-12170-z

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] A Deep Learning-Based Radiomics Approach to Identify Patient with Early Tumor Regression Utilizing Planning CT Images for Adaptive Radiotherapy2021

    • Author(s)
      Shohei Tanaka
    • Organizer
      2021 AAPM Virtual 63rd Annual Meeting (Disposition)
    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Deep learning based radiomics アプローチによる頭頚部腫瘍縮小の予測2021

    • Author(s)
      田中祥平
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第34回学術大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-09-29   Modified: 2024-01-30  

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