線量分布と治療中CBCTの画像特徴量を用いたレディオミクス研究

• 研究課題/領域番号: 17K15799
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 医学物理学・放射線技術学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 名和 要武 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (00456914)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: レディオミクス解析 / 画質改善 / 機械学習 / 深層学習 / 医学物理 / Radiomics / 特徴量解析 / 医学物理学 / Ｒadiomics / 放射線 / 情報工学

研究成果の概要

本研究はレディオミクス解析により、治療計画CT画像、線量分布、治療中CBCT画像等の医用画像が含む画像特徴量から、治療の奏効や予後を高精度に推定する新たなパターン認識システムを開発することを目的とした。特徴量を高精度に抽出する上で、医用画像の画質改善は必須の要素技術である。画像特徴量を抽出する際の前処理として、深層学習を用いてCBCTを画質改善する手法を構築した。また腫瘍の輪郭が画像特徴量に与える影響について精査した。線量分布から抽出された特徴量について線量計算アルゴリズムや計算グリッドサイズに対する依存性を検討した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

レディオミクス解析における画質改善の重要性を明らかにし、深層学習を用いた医用画像の画質改善の手法を構築した。また線量分布に対するレディオミクス解析について線量計算のパラメターに対する詳細な検討を行った。

研究成果

• [国際共同研究] Philips Radiation Oncology Systems(Australia)
• [雑誌論文] サイクル敵対的生成ネットワークを用いた治療中 CBCT 画像の画質改善 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今江 禄一, 鍛冶 静雄, 木田 智士, 松田 佳奈子, 竹中 重治, 青木 淳, 仲本 宗泰, 尾崎 翔, 名和 要武, 山下 英臣, 中川 恵一, 阿部 修．
  • 雑誌名: 日本放射線技術学会雑誌 巻: 76 号: 11 ページ: 1173-1184
  • DOI: 10.6009/jjrt.2020_JSRT_76.11.1173
  • NAID: 130007941322
  • ISSN: 0369-4305, 1881-4883
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface and build‐up dose comparison between Elekta 6 MV flattening filter and flattening‐filter‐free beams using an advanced Markus ionization chamber and a solid water‐equivalent phantom (2020)
  • 著者名/発表者名: Imae Toshikazu、Takenaka Shigeharu、Watanabe Yuichi、Aoki Atsushi、Matsuda Kanako、Sasaki Katsutake、Saegusa Shigeki、Nawa Kanabu、Nakagawa Keiichi、Abe Osamu
  • 雑誌名: Journal of Applied Clinical Medical Physics 巻: 21 号: 12 ページ: 334-339
  • DOI: 10.1002/acm2.13094
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Case Report: Anaplastic Astrocytoma Treated with Postoperative Radiotherapy Using Flattening Filter-Free Volumetric Arc Therapy (FFF-VMAT) during Pregnancy Acceptable Fetal Dosimetry (2020)
  • 著者名/発表者名: Noyama Tomoyuki、Takahashi Wataru、Nozawa Yuki、Nawa Kanabu、Yamashita Hideomi、Abe Osamu、Nakagawa Keiichi
  • 雑誌名: Journal of Cancer Therapy 巻: 11 号: 11 ページ: 738-744
  • DOI: 10.4236/jct.2020.1111063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visual enhancement of Cone‐beam CT by use of CycleGAN (2020)
  • 著者名/発表者名: Kida S, Kaji S, Nawa K, Imae T, Nakamoto T, Ozaki S, Ohta T, Nozawa Y, Nakagawa K.
  • 雑誌名: Medical Physics 巻: 47(3) 号: 3 ページ: 998-1010
  • DOI: 10.1002/mp.13963
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Salvage stereotactic body radiotherapy for post?operative oligo?recurrence of non?small cell lung cancer: A single?institution analysis of 59?patients (2020)
  • 著者名/発表者名: Aoki S, Yamashita H, Takahashi W, Nawa K, Ota T, Imae T, Ozaki S, Nozawa Y, Nakajima J, Sato M, Anraku M, Nitadori J, Karasaki T, Abe O, Nakagawa K.
  • 雑誌名: Oncology Letters 巻: 19（4） ページ: 2695-2704
  • DOI: 10.3892/ol.2020.11407
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acceptable fetal dose using flattening filter-free volumetric arc therapy (FFF VMAT) in postoperative chemoradiotherapy of tongue cancer during pregnancy (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Wataru, Nawa Kanabu, Haga Akihiro, Yamashita Hideomi, Imae Toshikazu, Ogita Mami, Okuma Kae, Abe Osamu, Nakagawa Keiichi
  • 雑誌名: Clinical and Translational Radiation Oncology 巻: 20 ページ: 9-12
  • DOI: 10.1016/j.ctro.2019.10.002
  • NAID: 120006937622
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of malignant glioma grades using contrast-enhanced T1-weighted and T2-weighted magnetic resonance images based on a radiomic analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto Takahiro、Takahashi Wataru、Haga Akihiro、Takahashi Satoshi、Kiryu Shigeru、Nawa Kanabu、Ohta Takeshi、Ozaki Sho、Nozawa Yuki、Tanaka Shota、Mukasa Akitake、Nakagawa Keiichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 19411-19423
  • DOI: 10.1038/s41598-019-55922-0
  • NAID: 120006875662
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimization of treatment strategy by using a machine learning model to predict survival time of patients with malignant glioma after radiotherapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizutani Takuya、Magome Taiki、Igaki Hiroshi、Haga Akihiro、Nawa Kanabu、Sekiya Noriyasu、Nakagawa Keiichi
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 60 号: 6 ページ: 818-824
  • DOI: 10.1093/jrr/rrz066
  • NAID: 120006959735
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improvement of the robustness to set up error by a virtual bolus in total scalp irradiation with Helical TomoTherapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Takenaka, Akihiro Haga, Kanabu Nawa, Yamashita Hideomi and Keiichi Nakagawa
  • 雑誌名: Radiological Physics and Technology 巻: 12 号: 4 ページ: 433-437
  • DOI: 10.1007/s12194-019-00539-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cone Beam Computed Tomography Image Quality Improvement Using a Deep Convolutional Neural Network (2018)
  • 著者名/発表者名: Kida Satoshi、Nakamoto Takahiro、Nakano Masahiro、Nawa Kanabu、Haga Akihiro、Kotoku Jun'ichi、Yamashita Hideomi、Nakagawa Keiichi
  • 雑誌名: Cureus 巻: - ページ: 1-15
  • DOI: 10.7759/cureus.2548
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stereotactic body radiotherapy for centrally located lung tumors with 56 Gy in seven fractions: A retrospective study (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki Shuri、Yamashita Hideomi、Haga Akihiro、Ota Takeshi、Takahashi Wataru、Ozaki Sho、Nawa Kanabu、Imae Toshikazu、Abe Osamu、Nakagawa Keiichi
  • 雑誌名: Oncology Letters 巻: 16(4) ページ: 4498-4506
  • DOI: 10.3892/ol.2018.9188
  • NAID: 120007099373
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Flattening filter-free technique in volumetric modulated arc therapy for lung stereotactic body radiotherapy: A clinical comparison with the flattening filter technique (2018)
  • 著者名/発表者名: Aoki Shuri、Yamashita Hideomi、Haga Akihiro、Nawa Kanabu、Imae Toshikazu、Takahashi Wataru、Abe Osamu、Nakagawa Keiichi
  • 雑誌名: ONCOLOGY LETTERS 巻: 15 ページ: 3928-3936
  • DOI: 10.3892/ol.2018.7809
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of a commercial automatic treatment planning system for prostate cancers. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nawa K, Haga A, Nomoto A, Sarmiento R, Norton I, Shiraishi K, Yamashita H, Nakagawa K.
  • 雑誌名: Medical Dosimetry 巻: 42 号: 3 ページ: 203-209
  • DOI: 10.1016/j.meddos.2017.03.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Classification of early stage non-small cell lung cancers on computed tomographic images into histological types using radiomic features: interobserver delineation variability analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Haga Akihiro、Takahashi Wataru、Aoki Shuri、Nawa Kanabu、Yamashita Hideomi、Abe Osamu、Nakagawa Keiichi
  • 雑誌名: Radiological Physics and Technology 巻: 11 号: 1 ページ: 27-35
  • DOI: 10.1007/s12194-017-0433-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Realtime 3D movie reconstruction algorithm using MR-linac by deep learning (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Tamura, K. Demachi, R. Kitsunai, C. R. Bhusal, M. Nakano, K. Nawa and K. Nakagawa
  • 学会等名: The 119th Scientific Meeting of the Japan Society of Medical Physics
• [学会発表] Prediction of Uterus Volume Shrinkage for Cervical Cancer Patients During Radiotherapy Using Machine-Learning Approach with Treatment Planning-CT Radiomic Features (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Nakano, T. Nakamoto, Y. Kumai, Y. Koizumi, M. Sumi, K. Nawa, T. Imae, Y. Yoshioka and M. Oguchi
  • 学会等名: AAPM2020
  • 国際学会
• [学会発表] Motion Viewを用いた呼気息止め下での肝細胞癌SBRTの当院での初期経験 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野山 友幸, 山下 英臣, 野沢 勇樹, 名和 要武, 今江 禄一, 中野 正寛, 中川 恵一
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [学会発表] 左乳癌乳房全切除術後照射における3D-CRTとVMATの比較および呼吸性移動の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野沢 勇樹, 扇田 真美, 名和 要武, 太田 岳史, 尾崎 翔, 仲本 宗泰, 山下 英臣, 中川 恵一
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [学会発表] 強度変調回転治療中に取得したCBCT画像に対する深層学習を用いた画質改善の試み (2020)
  • 著者名/発表者名: 青木 淳, 今江 禄一, 竹中 重治, 鍛冶 静雄, 木田 智士, 名和 要武, 松田 佳奈子, 竹内 幸浩, 三枝 茂輝, 佐々木 克剛, 一宇 佑太, 中川 恵一, 山下 英臣, 岩永 秀幸, 阿部 修
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [学会発表] Cone-beam CT image quality improvement with Cycle-Consistency Generative Adversarial Network (CycleGAN) (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kida, S. Kaji, K. Nawa, T. Imae, T. Nakamoto, S. Ozaki, T. Ohta, Y. Nozawa and K. Nakagawa
  • 学会等名: The 117th Scientific Meeting of the Japan Society of Medical Physics
• [学会発表] Pseudo-CBCT image prediction of head and neck cancer patient using principal component vector fields of early treatment fractions (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Nakano, T. Imae, T. Nakamoto, K. Nawa, A. Haga, W. Takahashi, K. Nakagawa, M. Hashimoto, Y. Yoshida and M. Oguchi
  • 学会等名: The 117th Scientific Meeting of the Japan Society of Medical Physics
• [学会発表] Megavoltage CT reconstruction with extended field-of-view using various prior information (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, T. Magome, A. Haga, K. Nawa, M. Nakano, Y. Nomura, S. Hanaoka, K. Nakagawa
  • 学会等名: 52nd Annual Meeting of the Taiwan Society of Radiological Technologists (TWSRT) and the International Conference of Medical Imaging
  • 国際学会
• [学会発表] Prediction of malignant glioma grades based on a radiomic analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: T, Nakamoto, W. Takahashi, A. Haga, S. Takahashi, K. Nawa, T. Ohta, S. Ozaki, Y. Nozawa, S. Tanaka, A. Mukasa, K. Nakagawa
  • 学会等名: 先端医療シーズ開発フォーラム2019
• [学会発表] Patient Setup System Using a Virtual X-Ray Image (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Hashimoto, M. Nakano, A. Haga, K. Nawa
  • 学会等名: 60th Annual Meeting and Exhibition, AAPM 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Radiomics-Based Prediction of Malignant Glioma Grades Using T2-Weighted Magnetic Resonance Images (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamoto, W. Takahashi, A. Haga, S. Takahashi, K. Nawa, T. Ohta, S. Ozaki, S. Tanaka, A. Mukasa, K. Nakagawa
  • 学会等名: 60th Annual Meeting and Exhibition, AAPM 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Histology Classification in Early-Stage Non-Small-Cell Lung Cancers Using Radiomic Features (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Haga, W. Takahashi, S. Aoki, K. Nawa, H. Yamashita, J. Kotoku, O. Abe, K. Nakagawa
  • 学会等名: 60th Annual Meeting and Exhibition, AAPM 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Field-Of-View Expansion of Megavoltage CT Based On Iterative Reconstruction Algorithm Using Information of Treatment Planning KV-CT (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, T. Magome, A. Haga, K. Nawa, M. Nakano, Y. Nomura, S. Hanaoka, K. Nakagawa, D. Zuro, C. Han, J. Wong, S. Hui
  • 学会等名: 60th Annual Meeting and Exhibition, AAPM 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Preliminary Study of Applying Convolutional Neural Network to Detect Brain Metastases in MRI: Using Radiation Dose Profile as Ground Truth (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Murata, S. Hanaoka, Y. Nomura, T. Takenaga, T. Nakao, W. Takahashi, K. Nawa, T. Yoshikawa, N. Hayashi, O. Abe
  • 学会等名: 37th JAMIT Annual Meeting (JAMIT2018)
  • 国際学会
• [学会発表] CBCT image quality improvement using a deep convolutional neural network (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Kida, T. Nakamoto, M. Nakano, K. Nawa, A. Haga, J. Kotoku, H. Yamashita, K. Nakagawa
  • 学会等名: The 115th Scientific Meeting of the Japan Society of Medical Physics
• [学会発表] Field-of-view expansion of megavoltage CT based on iterative reconstruction algorithm using prior information (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, T. Magome, A. Haga, K. Nawa, M. Nakano, Y. Nomura, S. Hanaoka, K. Nakagawa
  • 学会等名: The 115th Scientific Meeting of the Japan Society of Medical Physics
• [学会発表] Optimization of feature subset and parameters for support vector machine using genetic algorithm in outcome prediction for patients with glioma (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Mizutani, T. Magome, A. Haga, H. Igaki, K. Nawa, N. Sekiya, K. Nakagawa
  • 学会等名: The 115th Scientific Meeting of the Japan Society of Medical Physics
• [学会発表] 治療計画用kVCTを事前情報に用いた逐次近似再構成法に基づくMVCT画像の有効視野拡大方法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, T. Magome, A. Haga, K. Nawa, M. Nakano, Y. Nomura, S. Hanaoka, K. Nakagawa
  • 学会等名: The 116th Scientific Meeting of the Japan Society of Medical Physics
• [学会発表] Auto-Planning (2018)
  • 著者名/発表者名: 名和要武
  • 学会等名: 第1回Pinnacleユーザーミーティング
  • 招待講演
• [学会発表] Material Decomposition with Prior Information Compressive Sensing (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Haga, D. Sakata, J. Kotoku, T. Magome, T. Imae, K. Nawa, K. Nakagawa
  • 学会等名: AAPM 2017 59th Annual Meeting and Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Dose Reconstruction for Prostate SBRT by Use of Cone-Beam CT and a Log File During FFF-VMAT Delivery (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Imae, A. Haga, Y. Watanabe, S. Takenaka, K. Nawa, W. Takahashi, H. Yamashita, Y. Takeuchi, K. Yano, K. Nakagawa, O. Abe
  • 学会等名: AAPM 2017 59th Annual Meeting and Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Survival time prediction after radiotherapy for malignant glioma patients based on clinical and DVH features using support vector machine (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Mizutani, T. Magome, H. Igaki, A. Haga, K. Nawa, N. Sekiya, K. Nakagawa
  • 学会等名: ASTRO 2017 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Survival time prediction after radiation therapy for patients with glioma based on support vector machine (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Mizutani, T. Magome, H. Igaki, A. Haga, K. Nawa, N. Sekiya, K. Nakagawa
  • 学会等名: JSRT 2017 73rd Annual Meeting
• [学会発表] Prediction of survival time based on clinical and DVH features using support vector machine (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Mizutani, T. Magome, H. Igaki, A. Haga, K. Nawa, N. Sekiya, K. Nakagawa
  • 学会等名: JASTRO 2017 30th Annual Meeting
• [学会発表] Field-of-View expansion of megavoltage CT based on iterative reconstruction algorithm (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Watanabe, T. Magome, A. Haga, K. Nawa, K. Nakagawa
  • 学会等名: JASTRO 2017 30th Annual Meeting
• [備考] 東京大学医学部附属病院 放射線科 放射線治療部門
  • URL: http://u-tokyo-rad.jp/
• [備考] 東京大学医学部附属病院 放射線科 放射線治療部門
  • URL: http://u-tokyo-rad.jp/index.html