2021 Fiscal Year Research-status Report
放射線治療効果を高精度に予測する分子イメージングレディオミクスモデルの開発
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20K07698
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
生島 仁史 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (90202861)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 和也 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (10263815)
芳賀 昭弘 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (30448021)
古谷 俊介 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 講師 (30380041) [Withdrawn]
工藤 隆治 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 助教 (10263865)
大谷 環樹 徳島大学, 放射線総合センター, 助教 (40709557)
佐々木 幹治 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 助教 (00885600)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | レディオミクス / 放射線治療 / 肺癌 / マウスモデル / 治療効果判定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、レディオミクスの手法を用いた画像解析により、放射線照射特異的に変化する画像特徴量を検出することである。
癌の画像診断方法として、Magnetic Resonance Imaging (MRI)を用いた。2020年度の予備実験で成功した実験系を用い、マウスモデル数を増やし実験を行った。ヒト非小細胞肺癌細胞株をヌードマウス皮下に移植し肺癌マウスモデルを20匹作成した。癌が約1cm大の腫瘤を形成した時点で、放射線照射群10匹と対照群10匹に群分けし、放射線照射群に対して動物用X線照射装置と鉛シールドを用いて20 Gy/2 fractions/ 2 daysの照射を行った。放射線照射前後でMRIのT1強調像およびT2強調像を撮像した。また対照群も同時間帯でMRI撮像を行った。MRI画像上の腫瘍輪郭からsize and shape cased-featuresとしてcompactness, maximum 3D diameter, spherical disproportion, sphericity, surface areaを，またxfzの3軸でハイパス関数とローパス関数を用いて2津の周波数の分割するウェーブレット変換後の8種の画像と原画像を使用し，定義した腫瘍輪郭内のvoxelsから10種のglobal texture, 11種のgray-level co-occurrence matrix texture, 13種のgray-level run length matrix texture, 13種のGra-level size zone matrix texuture, 5種のneighborhood gray-tone difference matrix textureを抽出した．特徴量の合計は8+(10+11+13+13+5)×9=476となった。
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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
癌の画像診断方法として、当初は18F-3’-deoxy-3’-fluorothymidine (18F-FLT) positron emission tomography (PET)を用いる計画をしていたが、装置故障により実験が遅れる可能性がでてきた。これに対して、FLT-PETと同様にCancer Imagingとして臨床で活用されているMagnetic Resonance Imaging (MRI)を用いて画像情報を取得することに変更した。2020年度に予備実験を行っていたため、癌マウスモデルの作成は予定通りに進み、放射線照射群は70％の、対照群は80％の確率で実験を完遂することができた。2021年度の中旬から始めたMRI画像解析は当初、予定通りに進めることができなかった。しかし、研究分担者がプログラムした数値計算プラットフォームを使用することでデータを取得することが可能となった。しかし、その中で、複数の特徴量が適切に抽出できないトラブルが発生した。これは画像解析の第1段階で腫瘍塊をコンツーリングする際に一部、空気の信号が含まれてしまうことにより生じていた。皮下に移植した癌モデルであったこと、マニュアルでセグメンテーションを行ったことがその要因であった。コンツーリングを適正化することで、適切なデータ収集ができるようになった。
以上の様に、いくつかトラブルは生じたが、研究分担者の技術協力により、おおむね予定通りに研究を進めることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度の研究は、取得したデータの解析が中心となる。取得した476のレディオミクス特徴量の中で、放射線照射特異的に変化する特徴量があるか検討を行っていく。具体的には、放射線照射群の照射前後で、また対照群と比較することで、放射線照射により統計学的有意に変化する特徴量を検出する。さらに、MRI撮像後に採取した癌組織の免疫病理学的解析を行い、分子レベルで生じている放射線治療効果を評価する。これにより、放射線治療後約10日という早期の時点で生じている、現在の画像診断法では捉えられない分子レベルの変化をレジオミクス特徴等が検出することができているのかを明らかにする。
これからは、統計解析や免疫病理学的解析を専門とする研究分担者からのアドバイスをいただきながら研究を推進していく予定である。
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| Causes of Carryover |
（理由）本年度の研究に必要な旅費が少額で賄えたため、次年度使用額が生じた。
（使用計画）次年度は、成果発表のため、旅費が多く必要となると予想されるため、次年度研究費（旅費）と合わせて使用する計画である。
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Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Prediction of out-of-field recurrence after chemoradiotherapy for cervical cancer using a combination model of clinical parameters and magnetic resonance imaging radiomics: a multi-institutional study of the Japanese Radiation Oncology Study Group2022
Author(s)
Hitoshi Ikushima, Akihiro Haga, Ken Ando, Shingo Kato, Yuko Kaneyasu, Takashi Uno, Noriyuki Okonogi, Kenji Yoshida, Takuro Ariga, Fimiaki Isohashi, Yoko Harima, Ayae Kanemoto, Noriko Ii, Masaru Wakatsuki and Tatsuya Ohno
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Journal Title
Journal of Radiation Research
Volume: 63
Pages: 98-106
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Prediction of survival in cervical cancer patients treated with chemoradiotherapy by imaging analysis using artificial intelligence -A multi-institutional survey study of Japanese Radiation Oncology Study Group (JROSG)-2021
Author(s)
Hitoshi Ikushima, Akihiro Haga, Ando Ken, Kato Shingo, Kaneyasu Yuko, Uno Takashi, Okonogi Noriyuki, Yoshida Kenji, Ariga Takuro, Isohashi Fumiaki, Harima Yoko, Kanemoto Ayae, Ii Noriko, Wakatsuki Masaru and Ohno Tatsuya
Organizer
The 62nd annual meeting of the Japan Society of gynecologic oncology, International Session
Int'l Joint Research
