Development and Implementation of Accurate and Fast Arbitrary Shaped Cluster Detection Method

• Project/Area Number: 21K11791
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60030:Statistical science-related
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 大谷 隆浩 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (30726146)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 空間疫学 / スキャン統計量 / 空間データ / クラスター / 疾病集積性 / Cluster Detection Test

Outline of Research at the Start

位置情報を付加した空間医学データをもとに，疾病の発生との関連が強い地域(クラスター)を検出し，その統計的有意性を判定する方法としてスキャン統計量が提案され，空間疫学研究などの分野で実践され重要なツールになっている。しかし，計算処理の高速化や，複数のクラスターの同時検出など，改善・拡充すべき課題が出てきている。そこで本研究では，多様な形式の空間データから精確に複数のクラスターを検出し，その統計的有意性を適切に判定する統計解析ソフトウェアについて検討する。新たなソフトウェアの開発するとともに，空間疫学研究の大規模な実データを用いた実証研究を行うことでその有効性の評価を行う。

Outline of Annual Research Achievements

位置情報を付加した空間医学データをもとに疾病の発生との関連が強い箇所 (クラスター) を検出しその統計的有意性を判定する方法として，最大尤度比に基づくスキャン統計量が提案され，空間疫学研究や症候サーベイランスなどの分野で重要なツールになっている。本研究では多様な形式の空間データから精確に複数のクラスターを検出し，その統計的有意性を適切に判定する統計解析ソフトウェアについて検討する。新たなソフトウェアを開発するとともに，空間疫学研究の大規模な実データを用いた実証研究を行うことでその有効性の評価を行う。
2023年度は，これまでに開発を続けてきている統計解析ソフトウェアR用パッケージ「rflexscan」について，既存ソフトウェアによる解析方法を再現するための機能など，利用者の要望に応じた拡張を行った。rflexscanパッケージは引き続きオープンソースソフトウェアとして公開しており，新型コロナウイルスをはじめとした感染症の地域クラスター解析に応用されるなど，すでに世界中で利用が広まってきている。
さらに，前年度までに計算機シミュレーションを通じて有効性を確認してきた，情報量基準に基づく複数のクラスターの同定・検定法 (Takahashi & Shimadzu, 2018) について，実際の疫学研究への応用を目指して簡便に利用できる新たなパッケージとしてまとめる作業を行った。
解析手法の提案者らとは密に連携を取り，Rパッケージへのさらなる拡張手法の実装についても検討を進めている。また，国内の疫学研究者らと協力し，国内の大規模な空間医学データの解析など実践的な研究にも取り組んでいる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

これまでの研究開発の結果についてまとめているが，パッケージ開発に関する論文の掲載までには至っておらず，やや遅れていると判断する。ただ，研究者らと連携を取り論文化に向けてすでに一定の準備は整っていること，実際の疫学研究での利用についても共同研究として進められていること，利用者の要望に応じてRパッケージの拡張も進めていることなどから，次年度にはこの遅れは解消できると考えている。

Strategy for Future Research Activity

本研究で開発しているrflexscanパッケージについては世界中の疫学研究において利用が広まってきていることを確認している。今後は複数のクラスターの同定・検定法についてRパッケージを公開し，研究開発成果の論文化を行う。また，連続量からなる空間データの解析手法についてもまだ実装できていないため，この開発研究も次年度に行う。地理情報解析や空間疫学の研究者らとは引き続き対面・オンラインでの打合せを行いながら，ソフトウェアの開発と実践的研究を進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Positive association between blood glucose in physical examinations and self-reported fractures among middle-aged and elderly Japanese men: a prospective cohort study (2024)
  • Author(s): Sunayama Makoto、Nishiyama Takeshi、Otani Takahiro、Nakagawa-Senda Hiroko、Shibata Kiyoshi、Yamada Tamaki、Suzuki Sadao
  • Journal Title: Archives of Osteoporosis Volume: 19 Issue: 1 Pages: 11-11
  • DOI: 10.1007/s11657-024-01369-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Population-Based Impact of Smoking, Drinking, and Genetic Factors on HDL-cholesterol Levels in J-MICC Study Participants (2023)
  • Author(s): Nindita Y, Nakatochi M, Ibusuki R, Shimoshikiryo I, Nishimoto D, Shimatani K, Takezaki T, ..., Kuriki K, ...
  • Journal Title: Journal of Epidemiology Volume: 33 Issue: 4 Pages: 193-200
  • DOI: 10.2188/jea.JE20210142
  • NAID: 130008076990
  • ISSN: 0917-5040, 1349-9092
  • Year and Date: 2023-04-05
  • Description: in press
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of colorectal cancer by hierarchical clustering analyses of five immune cell markers (2023)
  • Author(s): Ito Sunao、Koshino Akira、Komura Masayuki、Kato Shunsuke、Otani Takahiro、Wang Chengbo、Ueki Akane、Takahashi Hiroki、Ebi Masahide、Ogasawara Naotaka、Tsuzuki Toyonori、Kasai Kenji、Kasugai Kunio、Takiguchi Shuji、Takahashi Satoru、Inaguma Shingo
  • Journal Title: Pathology International Volume: 74 Issue: 1 Pages: 13-25
  • DOI: 10.1111/pin.13391
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Seven‐plus hours of daily sedentary time and the subsequent risk of breast cancer: Japan Multi‐Institutional Collaborative Cohort Study (2023)
  • Author(s): Tomida Satomi、Koyama Teruhide、Ozaki Etsuko、Takashima Naoyuki、Morita Midori et al.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 115 Issue: 2 Pages: 611-622
  • DOI: 10.1111/cas.16020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Potential Biases of the Transmission Risks of COVID-19 estimated by Contact Tracing Surveys in Japan (2023)
  • Author(s): Ito Tsubasa、Otani Takahiro、Anzai Tatsuhiko、Okumura Takashi、Takahashi Kunihiko
  • Journal Title: Epidemiology, Biostatistics, and Public Health Volume: 18 Issue: 1 Pages: 55-61
  • DOI: 10.54103/2282-0930/20757
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of gene-lifestyle interactions on obesity based on a multi-locus risk score: A cross-sectional analysis (2023)
  • Author(s): Nakamura Sho、Fang Xuemin、Saito Yoshinobu、Narimatsu Hiroto、Ota Azusa et al.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 18 Issue: 2 Pages: 1335-1341
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0279169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coffee and metabolic phenotypes: A cross-sectional analysis of the Japan multi-institutional collaborative cohort (J-MICC) study (2023)
  • Author(s): Watanabe Takeshi、Arisawa Kokichi、Nguyen Tien Van、Ishizu Masashi、Katsuura-Kamano Sakurako et al.
  • Journal Title: Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases Volume: 33 Issue: 3 Pages: 620-630
  • DOI: 10.1016/j.numecd.2022.12.019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Impact of Marital Transitions on Vegetable Intake in Middle-aged and Older Japanese Adults: A 5-year Longitudinal Study (2022)
  • Author(s): Noguchi Taiji、Kondo Fumi、Nishiyama Takeshi、Otani Takahiro、Nakagawa-Senda Hiroko、Watanabe Miki、Imaeda Nahomi、Goto Chiho、Hosono Akihiro、Shibata Kiyoshi、Kamishima Hiroyuki、Nogimura Akane、Nagaya Kenji、Yamada Tamaki、Suzuki Sadao
  • Journal Title: Journal of Epidemiology Volume: 32 Issue: 2 Pages: 89-95
  • DOI: 10.2188/jea.JE20200343
  • NAID: 130008157951
  • ISSN: 0917-5040, 1349-9092
  • Year and Date: 2022-02-05
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Home-Based Frailty Prevention Program for Older Women Participants of Kayoi-No-Ba during the COVID-19 Pandemic: A Feasibility Study (2022)
  • Author(s): Watanabe Ryota、Kojima Masayo、Yasuoka Mikako、Kimura Chieko、Kamiji Koto、Otani Takahiro、Tsujimura Shoko、Fujita Hitomi、Nogimura Akane、Ozeki Sae、Osawa Aiko、Arai Hidenori
  • Journal Title: International Journal of Environmental Research and Public Health Volume: 19 Issue: 11 Pages: 6609-6609
  • DOI: 10.3390/ijerph19116609
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficacy of Low-Dose Aspirin in Colorectal Cancer Risk Prevention is Dependent on ADH1B and ALDH2 Genotype in Japanese Familial Adenomatous Polyposis Patients (2022)
  • Author(s): Mure Kanae、Ishikawa Hideki、Mutoh Michihiro、Horinaka Mano、Otani Takahiro et al.
  • Journal Title: Cancer Research Communications Volume: 2 Issue: 6 Pages: 483-488
  • DOI: 10.1158/2767-9764.crc-22-0088
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chronic obstructive pulmonary disease and the mortality risk in male older adults: Role of socioeconomic factors (2022)
  • Author(s): Nogimura Akane、Noguchi Taiji、Otani Takahiro、Kamiji Koto、Yasuoka Mikako、Watanabe Ryota、Ojima Toshiyuki、Kondo Katsunori、Kojima Masayo
  • Journal Title: Archives of Gerontology and Geriatrics Volume: 102 Pages: 104741-104741
  • DOI: 10.1016/j.archger.2022.104741
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Associations between Work-Related Factors and Happiness among Working Older Adults: A Cross-Sectional Study (2022)
  • Author(s): Noguchi Taiji、Suzuki Sadao、Nishiyama Takeshi、Otani Takahiro、Nakagawa-Senda Hiroko、Watanabe Miki、Hosono Akihiro、Tamai Yuya、Yamada Tamaki
  • Journal Title: Annals of Geriatric Medicine and Research Volume: 26 Issue: 3 Pages: 256-263
  • DOI: 10.4235/agmr.22.0048
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aspirin-Mediated Prevention of Colorectal Adenomas Recurrence is Affected by Blood Biochemistry and Nutritional Intake (2022)
  • Author(s): Yoshida Naohisa、Ishikawa Hideki、Otani Takahiro、Goto Chiho、Matsuda Takahisa、Takeuchi Yoji、Sano Yasushi、Itoh Yoshito、Suzuki Sadao、Mutoh Michihiro、on behalf of the J-CAPP Study group
  • Journal Title: Cancer Prevention Research Volume: 15 Issue: 12 Pages: 837-846
  • DOI: 10.1158/1940-6207.capr-22-0144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sex- and age-specific all-cause mortality in insomnia with hypnotics: Findings from Japan multi-institutional Collaborative Cohort Study (2022)
  • Author(s): Sogawa R, Shimanoe C, Tanaka K, Hara M, Nishida Y, Furukawa T, et al.,
  • Journal Title: Sleep Medicine Volume: 100 Pages: 410-418
  • DOI: 10.1016/j.sleep.2022.09.020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Social functions and adverse outcome onset in older adults with mild long-term care needs: A two-year longitudinal study (2022)
  • Author(s): Noguchi T, Nakagawa T, Komatsu A, Ishihara M, Shindo Y, Otani , Saito T
  • Journal Title: Archives of Gerontology and Geriatrics Volume: - Pages: 104631-104631
  • DOI: 10.1016/j.archger.2022.104631
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flexible Scan Statistics for Detecting Spatial Disease Clusters: The <b>rflexscan</b> <i>R</i> Package (2021)
  • Author(s): Otani Takahiro、Takahashi Kunihiko
  • Journal Title: Journal of Statistical Software Volume: 99 Issue: 13 Pages: 13-13
  • DOI: 10.18637/jss.v099.i13
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Semi-parametric empirical Bayes factor for genome-wide association studies (2021)
  • Author(s): Morisawa Junji、Otani Takahiro、Nishino Jo、Emoto Ryo、Takahashi Kunihiko、Matsui Shigeyuki
  • Journal Title: European Journal of Human Genetics Volume: 29 Issue: 5 Pages: 800-807
  • DOI: 10.1038/s41431-020-00800-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Chemoprevention with low-dose aspirin, mesalazine, or both in patients with familial adenomatous polyposis without previous colectomy (J-FAPP Study IV): a multicentre, double-blind, randomised, two-by-two factorial design trial (2021)
  • Author(s): Ishikawa H、Mutoh M、Sato Y、Doyama H、Tajika M、Tanaka S、Horimatsu T、Takeuchi Y、Kashida H、Tashiro J、Ezoe Y、Nakajima T、Ikematsu H、Hori S、Suzuki S、Otani T、Takayama T、Ohda Y、Mure K、Wakabayashi K、Sakai T
  • Journal Title: The Lancet Gastroenterology & Hepatology Volume: － Issue: 6 Pages: 474-481
  • DOI: 10.1016/s2468-1253(21)00018-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Impact of Job Conditions on Health-Related Quality of Life among Working Japanese Older Adults: A Five-Year Longitudinal Study Using J-MICC Okazaki Study Data (2021)
  • Author(s): Noguchi Taiji、Wakabayashi Ryozo、Nishiyama Takeshi、Otani Takahiro、Nakagawa-Senda Hiroko、Watanabe Miki、Hosono Akihiro、Shibata Kiyoshi、Kamishima Hiroyuki、Nogimura Akane、Nagaya Kenji、Yamada Tamaki、Suzuki Sadao
  • Journal Title: Archives of Gerontology and Geriatrics Volume: 95 Pages: 104385-104385
  • DOI: 10.1016/j.archger.2021.104385
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Underlying Cardiometabolic Diseases on the Association Between Sedentary Time and All-Cause Mortality in a Large Japanese Population: A Cohort Analysis Based on the J-MICC Study. (2021)
  • Author(s): Koyama T, Ozaki E, Kuriyama N, Tomida S, Yoshida T, Uehara R, Tanaka K, Hara M, Hishida A, Okada R, Kubo Y, Oze I, Koyanagi YN, Mikami H, Nakamura Y, Shimoshikiryo I, Takezaki T, Suzuki S, Otani T, Kuriki K, Takashima N, Kadota A, Arisawa K, Katsuura-Kamano S, Ikezaki H, Murata M, Takeuchi K, Wakai K
  • Journal Title: J Am Heart Assoc. Volume: 10(13) Issue: 13
  • DOI: 10.1161/jaha.120.018293
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of polymorphic cytochrome P450 2A6 genotypes on chemoprevention against colorectal tumors in single Japanese cohort using daily low-dose aspirin: insights into future personalized treatments (2021)
  • Author(s): Yamazaki Hiroshi、Shimizu Makiko、Otani Takahiro、Mizugaki Ami、Mure Kanae、Suzuki Sadao、Ishikawa Hideki
  • Journal Title: Journal of Pharmaceutical Health Care and Sciences Volume: 7 Issue: 1 Pages: 26-26
  • DOI: 10.1186/s40780-021-00209-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Association of skipping breakfast and short sleep duration with the prevalence of metabolic syndrome in the general Japanese population: Baseline data from the Japan Multi-Institutional Collaborative cohort study (2021)
  • Author(s): Katsuura-Kamano, S., Arisawa, K., Uemura, H., ...Takeuchi, K., Wakai, K.
  • Journal Title: Preventive Medicine Reports Volume: 24 Pages: 101613-101613
  • DOI: 10.1016/j.pmedr.2021.101613
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] がん罹患及び死亡と地理的剥奪指標との関連の臓器別・都市度別評価 (2024)
  • Author(s): 伊藤秀美, 小柳友理子, 川浦正規, 尾瀬功, 谷山祐香里, 大谷隆浩, 中谷友樹, 高橋邦彦, 山口類, 松尾恵太郎
  • Organizer: 第34回日本疫学会学術総会
• [Presentation] Urbanicity affects the associations between socioeconomic status and cancer incidence and mortality (2023)
  • Author(s): Yuriko N Koyanagi, Keitaro Matsuo, Masanori Kawaura, Yukari Taniyama, Isao Oze, Tomoki Nakaya, Takahiro Otani, Kunihiko Takahashi, Rui Yamaguchi, Hidemi Ito
  • Organizer: ENCR IACR Scientific Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 化学物質流出・拡散を想定した迅速対応統合プラットフォームの開発 (2022)
  • Author(s): 大谷隆浩、高橋邦彦、菱田朝陽、若井建志、浅見真理
  • Organizer: 第81回日本公衆衛生学会総会
• [Presentation] 疾病の時間集積性を解析するためのRパッケージの開発と評価 (2022)
  • Author(s): 大谷隆浩, 高橋邦彦
  • Organizer: 第32回日本疫学会学術総会
• [Remarks] rflexscan
  • URL: https://tkhrotn.github.io/rflexscan/
• [Remarks] rflexscan: The Flexible Spatial Scan Statistic
  • URL: https://cran.r-project.org/web/packages/rflexscan/index.html