| Project/Area Number |
21K15544
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 50020:Tumor diagnostics and therapeutics-related
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
廣嶋 優子 秋田大学, 医学部附属病院, 助教 (30770044)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 術中迅速診断 / 脳腫瘍 / 免疫組織化学染色 / AIを用いた膠腫の術中迅速病理組織診断 / 脳腫瘍病理 / 迅速免疫組織化学染色 / AI病理診断 / 分子病理診断 / R-IHC / 迅速自動染色装置 |
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| Outline of Research at the Start |
悪性脳腫瘍の外科治療における、適切な手術に不可欠な術中迅速病理診断の精度向上を目的に、電界撹拌法による迅速免疫染色(R-IHC)にAI技術を導入し、精度の高い分子病理学的診断手法の開発を目指す。診断に必須となるタンパクの発現をR-IHCで検出し、AIを用いて高精度かつ短時間に結果を判定するシステムを開発する。本法により術中分子病理学的診断の精度向上、患者の生命予後や術後QOLの改善に寄与したい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳腫瘍(膠腫)の術中迅速診断に迅速免疫組織化学染色(R-IHC)および人工知能技術(AI)の導入を目的とし、本研究を進めた。
術中に施行した迅速免疫組織化学染色標本と、永久標本FFPE切片で施行した通常の免疫組織化学染色標本から、Whole slide image(WSI)を作成し、 深層学習を行わせ、免疫染色結果を予測させるAIモデルを作製し、その有用性・妥当性を検討した。膠腫と診断した50症例の永久標本および凍結標本でのHE染色(参考データ)およびATRX, IDH1, p53, Olig2, GFAP, Ki-67の免疫組織化学染色のWSI(whole slide image)から作製したJPEG画像および顕微鏡からの直接撮像したJPEG画像(いずれもx200倍)を1800枚追加し、Convolutional Neural Network による病変組織の染色性判定モデルを構築した。p53のモデルではAUC(Area Under Curve)0.83であるものの精度は48%と低く、AI判定モデルとしては実臨床レベルに至っていない。Olig2, ATRXの学習モデルの作製に関しては、両抗体に陰性を示す膠腫症例が少なく、陰性画像の不足が主な原因で十分な結果を出せてなかった。今年度新たに陰性症例を蓄積しデータ拡張を行いながら、AI診断モデルの構築を進めている。また、diffuse midline glioma で核に陽性像を示すH3 K27MもR-IHCで良好な染色性を示すため、AI判定モデルの対象抗体に追加した。現在は技術指導を依頼しているbiomy社の小西氏と最終的なAI判定モデルの検討中で、今年度中には論文化、国内および国際学会での発表を予定している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
バーチャルスライドスキャナーによるWSIイメージのみでなく、今年度は顕微鏡からの直接撮像を行い、画像の追加をより短時間で行なうことができた。AI判定モデルの作製においては、biomy社に技術指導を依頼しており、ディスカッションを随時行いながらの作業になっている。現状、同社の繁忙期と重なり、最終的なAI判定モデルの作製にはもう少し時間を要する。
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| Strategy for Future Research Activity |
永久標本によるATRX, Olig2, p53のAI判定モデルの精度向上を確認し、続いて凍結標本におけるR-IHC判定モデルを作製する。R-IHCは永久標本での通常法の染色に比較して若干コントラストが弱く、かつ核染色が薄いため、AI判定モデルが通常法のモデルより精度が劣る可能性がある。その際は、最終調整の段階でデジタル画像のコントラスト調整を追加し、精度の高いAI判定モデルを構築する。現在、精力的に解析作業を進めており、可及的に速やかに本研究を完遂し、日本病理学会総会や国際学会での発表、論文化、脳腫瘍学関連ないし病理学関連のジャーナルへの投稿を行う予定である。
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