画像上同定困難な表在性腫瘍を人工知能で自動描出する技術の開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K15818
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 西岡 健太郎 北海道大学, 医学研究院, 助教 (80463743)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 画像認識 / 人工知能 / 深層学習

Outline of Annual Research Achievements

内視鏡によって膀胱腫瘍を切除した場合、CT画像上で視覚的に残存している腫瘍の範囲を特定することが困難である。近年の人工知能技術の進歩により臓器全体の輪郭を自動抽出することは可能となってきたが、切除後に平坦になった病変部の自動描出は実現していない。本研究は変形レジストレーションを用いることで画像上特定困難な病変範囲の教師データを作成し、それを用いて学習させた人工知能のセグメンテーションで病変を高速かつ高精度に自動描出する技術を開発することが目的である。
令和3年度は研究の準備段階として、Aidemy社のオンライン講習を受講して人工知能に関する技能を習得した。講習では本研究に関わるセグメンテーションに関する内容は十分ではなかったが、コンピュータ言語(Python)のコード記述法や人工知能に用いるためのデータハンドリング/データクレンジングの他、画像認識・自然言語処理・アプリケーション作成の技能等を習得することができ、本研究を進めるにあたり有用であった。受講の成果物として、インターネット上から収集した画像 1032枚を用いて画像に写っている植物を自動分類するアプリケーションを作成した。開発の際、コード記述のためにVisual Studio Codeを使用し、人工知能の学習と評価にはGoogle Colaboratoryを使用した。その他、本研究の対象となる症例のリストアップ・セグメンテーションモデルに関する情報収集・人工知能開発の環境構築を開始した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り人工知能に関する講習の受講を完了し、実際のデータ収集・人工知能モデル構築に向けた準備が整ってきていることから、概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

人工知能の学習・評価に用いる症例を確定し、研究に用いるための倫理審査手続きを進める。倫理審査完了後、画像のラベル付けを行い教師データを作成する。人工知能の構築に関して、学内の人工 知能研究者との連携を図る。人工知能の開発環境としてSony社のNeural Network Consoleが適切かどうか試用して判断し、開発環境を確定する。新たなモデルや人工知能の技能習得のため、関連学会や講習に積極的に参加する。

Research Products

• [Journal Article] Impact of a spatially dependent dose delivery time structure on the biological effectiveness of scanning proton therapy (2022)
  • Author(s): Koki Kasamatsu, Sodai Tanaka, Koichi Miyazaki, Seishin Takao, Naoki Miyamoto, Shusuke Hirayama, Kentaro Nishioka, Takayuki Hashimoto, Hidefumi Aoyama, Kikuo Umegaki, Taeko Matsuura
  • Journal Title: Medical Physics Volume: 49 Pages: 702-713
  • DOI: 10.1002/mp.15367
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dosimetric advantages of daily adaptive strategy in IMPT for high-risk prostate cancer (2022)
  • Author(s): Hiroshi Tamura, Keiji Kobashi, Kentaro Nishioka, Takaaki Yoshimura, Takayuki Hashimoto, Shinichi Shimizu, Yoichi M. Ito, Yoshikazu Maeda, Makoto Sasaki, Kazutaka Yamamoto, Hiroyasu Tamamura, Hidefumi Aoyama, Hiroki Shirato
  • Journal Title: Journal of Applied Clinical Medical Physics Volume: 23 Pages: -
  • DOI: 10.1002/acm2.13531
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Are simple verbal instructions sufficient to ensure that bladder volume does not deteriorate prostate position reproducibility during spot scanning proton therapy? (2021)
  • Author(s): Kentaro Nishioka, Kento Gotoh, Takayuki Hashimoto, Takashige Abe, Takahiro Osawa, Ryuji Matsumoto, Isao Yokota, Norio Katoh, Rumiko Kinoshita, Koichi Yasuda, Toshiaki Makabe, Takeaki Yoshimura, Seishin Takao, Nobuo Shinohara, Hidefumi Aoyama, Shinichi Shimizu, Hiroki Shirato
  • Journal Title: BJR|Open Volume: 3 Pages: -
  • DOI: 10.1259/bjro.20210064
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Visualizing the urethra by magnetic resonance imaging without usage of a catheter for radiotherapy of prostate cancer (2021)
  • Author(s): Takaaki Yoshimura, Kentaro Nishioka, Takayuki Hashimoto, Taro Fujiwara, Ishizaka Kinya, Hiroyuki Sugimori, Shoki Kogame, Kazuya Seki, Hiroshi Tamura, Sodai Tanaka, Yuto Matsuo, Yasuhiro Dekura, Fumi Kato, Hidefumi Aoyama, Shinichi Shimizu
  • Journal Title: Physics and Imaging in Radiation Oncology Volume: 18 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1016/j.phro.2021.03.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Treatment outcomes of stereotactic body radiation therapy using a real-time tumor-tracking radiotherapy system for hepatocellular carcinomas (2021)
  • Author(s): Yusuke Uchinami, Norio Katoh, Daisuke Abo, Hiroshi Taguchi, Koichi Yasuda, Kentaro Nishioka, Takeshi Soyama, Ryo Morita, Naoki Miyamoto, Ryusuke Suzuki, Takuya Sho, Masato Nakai, Koji Ogawa, Tatsuhiko Kakisaka, Tatsuya Orimo, Toshiya Kamiyama, Shinichi Shimizu, Hidefumi Aoyama
  • Journal Title: Hepatology Research Volume: 51 Pages: 870-879
  • DOI: 10.1111/hepr.13649
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A treatment planning study of urethra-sparing intensity-modulated proton therapy for localized prostate cancer (2021)
  • Author(s): Takaaki Yoshimura, Kentaro Nishioka, Takayuki Hashimoto, Kazuya Seki, Shouki Kogame, Sodai Tanaka, Takahiro Kanehira, Masaya Tamura, Seishin Takao, Taeko Matsuura, Keiji Kobashi, Fumi Kato, Hidefumi Aoyama, Shinichi Shimizu
  • Journal Title: Physics and Imaging in Radiation Oncology Volume: 20 Pages: 23-29
  • DOI: 10.1016/j.phro.2021.09.006
  • Peer Reviewed / Open Access