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Building and implementing population models to predict cancer incidence rates by specific risk factors.

Research Project

Project/Area Number 19K19429
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 58030:Hygiene and public health-related: excluding laboratory approach
Research InstitutionShiga University

Principal Investigator

YAMAGUCHI Takayuki  滋賀大学, データサイエンス学系, 講師 (90748964)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2025-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsコンパートメントモデル / 個体群動体モデル / 肺がん罹患数 / 喫煙率 / 数理モデル / 肺がん / 最尤推定 / 新型コロナウイルス感染症 / 結核 / 口蹄疫 / 梅毒 / 癌 / 人口動態
Outline of Research at the Start

肺癌と子宮頸癌を対象にして, 喫煙率の低下や HPV ワクチンの摂取率の増加といった危険因子への暴露の減少と人口動態を考慮した癌の数理モデルを構築し, 発癌メカニズムを理解する. 肺癌では, 喫煙率は減少しているが, 高齢化によって肺癌の罹患数が増えており, このようなメカニズムを定量化する. モデルを基に癌の罹患率を定量的に予測するシステムを確立し, 禁煙や HPV ワクチン接種といった対策の癌抑制効果を明らかにする.

Outline of Final Research Achievements

In this study, we employed a compartmental model defined by partial differential equations that incorporates demographic dynamics and smoking status. Model parameters were estimated from data on population size, all-cause mortality, lung cancer incidence, lung cancer mortality, and smoking prevalence covering the period from 1975 to 2018. The fitted model was used to project future lung cancer incidence and mortality. Under the assumption that smoking behavior and treatment conditions remain at their 2018 levels, the projected peak numbers are as follows: for men, 83,521 incident cases in 2024 and 65,367 deaths in 2029; for women, 47,220 incident cases in 2035 and 33,650 deaths in 2037.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は喫煙状態と年齢階層を考慮した偏微分方程式によるモデルによって、喫煙者と非喫煙者のそれぞれが一定期間を経て発癌するメカニズムと人口動態を捉えたモデルを構築した。モデルをデータに適合させ、肺がん罹患・死亡の予測と禁煙の効果を定量化したことに意義がある。高齢者の比率は今後も増加することが確実で疾病構造が急速に変化するとき、限られた医療資源を適切に配分して対応するために必要となる基礎的な推定を与えている。

Report

(7 results)
  • 2024 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2021 2020 2019

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 8 results)

  • [Journal Article] 喫煙状態と人口動態を考慮した肺がんの数理モデル2021

    • Author(s)
      山口, 崇幸
    • Journal Title

      数理解析研究所講究録

      Volume: 2184 Pages: 23-31

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Estimation of the percentages of undiagnosed patients of the novel coronavirus (SARS-CoV-2) infection in Hokkaido, Japan by using birth-death process with recursive full tracing2020

    • Author(s)
      Takuma Tanaka, Takayuki Yamaguchi, and Yohei Sakamoto
    • Journal Title

      PLOS ONE, Public Library of Science

      Volume: 15 Issue: 10 Pages: e0241170-e0241170

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0241170

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Estimating the syphilis incidence and diagnosis rate in Japan: a mathematical modelling study2020

    • Author(s)
      Yuri Echigoya, Takayuki Yamaguchi, Akifumi Imamura, and Hiroshi Nishiura
    • Journal Title

      Sexually Transmitted Infections

      Volume: 96 Issue: 7 Pages: 516-520

    • DOI

      10.1136/sextrans-2019-054421

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Threshold phenomena with respect to the initiation of depopulation in a simple model of foot-and-mouth disease2019

    • Author(s)
      Kenji Itao, Fumiya Omata, Yoshitaka Nishikawa, Tetsuro Oda, Toshiharu Sasaki, Cherri Zhang, John Solomon Maninang, and Takayuki Yamaguchi
    • Journal Title

      Mathematical Biosciences and Engineering

      Volume: 16 Issue: 5 Pages: 5931-5946

    • DOI

      10.3934/mbe.2019297

    • NAID

      120006843485

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] コンパートメントモデルのパラメータの推定と信頼区間の計算について2023

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      21世紀の複雑系研究集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 人口動態と喫煙率を考慮した数理モデルによる肺がんの罹患数と死亡数の予測2023

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      第40回日本呼吸器外科学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 感染時間を考慮した新型コロナウイルス感染症のモデルとパラメータ推定2020

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      日本計算機統計学会第34回シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 常微分方程式の時間に依存したパラメータの推定による新型コロナウイルス感染症の実効再生産数2020

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      2020年度科研費シンポジウム「多様な分野のデータに対する統計科学・機械学習的アプローチ」
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 新型コロナウイルス関連のデータサイエンス研究の紹介2020

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      滋賀大学データサイエンス連携コンソーシアム第1回交流会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] マッケンドリック方程式をもとにした肺がんのコンパートメントモデルとそれによる予測2020

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      第1回滋賀大DS・阪大医学統計オンライン合同セミナー
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      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 階段関数と区分的線形関数を用いた場合の梅毒のコンパートメントモデルと罹患数・報告 数の推定2020

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      広島国際学院大学離散数学セミナー
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      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] コンパートメントモデルで自然史を考慮した梅毒の罹患数と報告数の推定2019

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      中部大学 工学基礎教室 第2回セミナー
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 喫煙状態と人口動態を考慮した数理モデルによる日本の肺がん罹患数と死亡数の予測2019

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      RIMS 共同研究「てんかんの数学的研究」
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] マッケンドリック方程式を利用した数理モデルによる日本の肺がん罹患数と死亡数の予測2019

    • Author(s)
      山口崇幸
    • Organizer
      滋賀大学 データサイエンスセミナー
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited

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Published: 2019-04-18   Modified: 2026-01-16  

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