多元的放射線治療データに基づく患者統計的変動を考慮した放射線治療予後予測法の開発

• 研究課題/領域番号: 18J00599
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 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: 仲本 宗泰 東京大学, 医学系研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 医学物理学 / 多元的医用画像データベース / MPSFモデル / 予後予測 / 特徴量マップ / TCIA / MR画像 / 機械学習 / 神経膠腫 / 画像特徴量 / スパースモデリング

研究実績の概要

本年度は，放射線治療計画を目的として取得されるcomputed tomography (CT) 画像および治療期間中に位置合わせを目的として取得されるcone-beam CT (CBCT) 画像を収集し，放射線治療における患者統計的変動を含んだ多元的医用画像データベースへの構築を行なった．また画像データベースに加えて治療計画データである肉眼的腫瘍体積 (gross tumor volume: GTV) 輪郭情報および全生存期間(overall survive: OS)や無病生存期間 (disease-free survival: DFS) などの予後に関するデータの収集を行なった．そして多元的医用画像データベース内の症例毎のCBCT画像シリーズから治療計画CT画像およびGTV輪郭情報を用いて腫瘍内の統計的変動を含んだ画像特徴量を抽出した．さらに，腫瘍内の局所領域毎に画像特徴量を計算し腫瘍内の特徴量分布を直感的に把握できる特徴量マップ作成法の開発を行なった．
今後，CBCT画像から抽出した患者変動を含んだ画像特徴量と予後データに基づいて多元的潜在構造・因子 (multi-disciplinary potential structure and factor: MPSF) モデルを構築し治療期間中の患者統計変動を考慮した予後予測法について検討する．また特徴量マップで腫瘍内において相対的に特徴量の値が高い (もしくは低い) 領域のみで特徴量を抽出し，最終的に予後予測精度の向上へ繋がるか検討を行なう必要がある．そして，得られた研究成果を原著論文としてまとめ，海外の学術雑誌に投稿する予定である．

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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] 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] Fast Statistical Iterative Reconstruction for Mega-voltage Computed Tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Ozaki, A. Haga, E. Chao, C. Maurer, K. Nawa, T. Ohta, T. Nakamoto, Y. Nozawa, T. Magome, M. Nakano, K. Nakagawa
  • 雑誌名: The Journal of Medical Investigation 巻: 67 号: 1.2 ページ: 30-39
  • DOI: 10.2152/jmi.67.30
  • NAID: 130007839921
  • ISSN: 1343-1420, 1349-6867
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Radiomics analysis for glioma malignancy evaluation using diffusion kurtosis and tensor imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi S, Takahashi W, Tanaka S, Haga A, Nakamoto T, Suzuki Y, Mukasa A, Takayanagi S, Kitagawa Y, Hana T, Nejo T, Nomura M, Nakagawa K, Saito N
  • 雑誌名: International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 巻: 105 号: 4 ページ: 784-791
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2019.07.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiomics入門 (2018)
  • 著者名/発表者名: 仲本 宗泰, 芳賀 昭弘, 高橋 渉
  • 雑誌名: 医学物理 巻: 38 号: 3 ページ: 129-134
  • DOI: 10.11323/jjmp.38.3_129
  • NAID: 130007550535
  • ISSN: 1345-5354, 2186-9634
  • 年月日: 2018-12-25
  • 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] Volumetric and dosimetric comparison of organs at risk between the prone and supine positions in postoperative radiotherapy for prostate cancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Sawayanagi S, Yamashita H, Ogita M, Kiritoshi T, Nakamoto T, Abe O, Nakagawa K
  • 雑誌名: Radiation Oncology 巻: 13 号: 1
  • DOI: 10.1186/s13014-018-1023-0
  • 査読あり
• [学会発表] Imaging biomarker analysis for grading malignant gliomas based on a few conventional magnetic resonance imaging sequences (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto T, Takahashi W, Haga A, Takahashi S, Kiryu S, Nawa K, Ohta T, Ozaki S, Nozawa Y, Tanaka S, Mukasa A, Nakagawa K
  • 学会等名: 2020 Joint AAPM COMP Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Radiomic-based prediction of malignant glioma grades using preoperative contrast-enhanced T1WIs and T2WIs (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto T, Takahashi W, Haga A, Takahashi S, Kiryu S, Nawa K, Ohta T, Ozaki S, Nozawa Y, Nakagawa K
  • 学会等名: 第119回日本医学物理学会学術大会
• [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: Nakano M, Nakamoto T, Kumai Y, Koizumi Y, Sumi M, Nawa K, Imae T, Yoshioka Y, Oguchi M
  • 学会等名: 2020 Joint AAPM COMP Meeting
  • 国際学会
• [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: 第33回日本放射線腫瘍学会学術大会
• [学会発表] Prediction of EGFR mutation status in lung adenocarcinomas through brain metastases using an MRI-based radiomics (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto T, Takahashi W, Amano Y, Nawa K, Ohta T, Ozaki S, Nozawa Y, Yamashita H, Nakagawa K
  • 学会等名: 19th Asia-Oceania Congress of Medical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Trial of dose distribution QA using smartphone and tablet camera with scintillator (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohta T, Nawa K, Ozaki S, Nozawa Y, Nakamoto T, Nakagawa K
  • 学会等名: 19th Asia-Oceania Congress of Medical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of judgment basis of CNN to grading glioma (2019)
  • 著者名/発表者名: Takahashi S, Tanaka S, Takahashi M, Yamazawa E, Hana T, Kitagawa Y, Takayanagi S, Takahashi W, Nakamoto T, Haga S, Hamamoto R, Saito N
  • 学会等名: 24th Annual meeting of Society for NeuroOncology
  • 国際学会
• [学会発表] A novel radiomics model differentiating chordoma and chondrosarcoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamazawa E, Takahashi S, Tanaka S, Takahashi W, Nakamoto T, Takayanagi S, Kitagawa Y, Hana T, Koike T, Kushihara Y, Shin Masahiro, Saito N
  • 学会等名: 24th Annual meeting of Society for NeuroOncology
  • 国際学会
• [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: Nakano M, Imae T, Nakamoto T, Nawa K, Haga A, Takahashi W, Nakagawa K, Hashimoto M, Yoshioka Y, Oguchi M
  • 学会等名: 第117回医学物理学会学術大会
• [学会発表] 左乳癌乳房全切除術後照射におけるVMATと3D-CRTの治療計画の比較 (2019)
  • 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: 第32回日本放射線腫瘍学会学術大会
• [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: Nakamoto T, Takahashi W, Haga A, Takahashi S, Nawa K, Ohta T, Ozaki S, Tanaka S, Mukasa A, Nakagawa K
  • 学会等名: The American Association of Physicists in Medicine 60th Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Radiomics analysis for detection of IDH mutation of glioma using diffusion tensor and kurtosis images (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahashi S, Takahashi W, Tanaka S, Haga A, Nakamoto T, Mukasa A, Takayanagi S, Suzuki Y, Koike T, Kitagawa Y, Hana T, Nejo T, Nomura M, Saito N
  • 学会等名: Society for Neuro-Oncology 2018 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] A feasibility study for classifying malignant glioma grades based on a radiomics analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto T, Takahashi W, Haga A, Takahashi S, Nawa K, Ohta T, Ozaki S, Nozawa Y, Tanaka S, Mukasa A, Nakagawa K
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第31回学術大会
• [学会発表] MRI画像に基づくラディオミクスによる神経膠腫1p/19q共欠失の非侵襲的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋渉, 仲本宗泰, 芳賀昭弘, 高橋慧, 田中将太, 山下英臣, 中川恵一
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第31回学術大会
• [学会発表] 拡散画像のRadiomics解析と機械学習モデルによるIDH-1遺伝子変異の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋慧, 高橋渉, 田中将太, 芳賀昭弘, 武笠晃丈, 仲本宗泰, 鈴木雄一, 小池司, 北川陽介, 花大洵, 根城尭英, 野村昌志, 高柳俊作, 斎藤延人
  • 学会等名: 第19回日本分子脳神経外科学会
• [学会発表] 拡散画像を使ったconvolutional neural networkによる神経膠腫の悪性度診断 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋慧, 田中将太, 高橋渉, 仲本宗泰, 鈴木雄一, 北川陽介, 花大洵, 根城尭英, 野村昌志, 高柳俊作, 斎藤延人
  • 学会等名: 日本脳神経外科学会第77回学術総会
• [学会発表] CBCT image quality improvement using a deep convolutional neural network (2018)
  • 著者名/発表者名: Kida S, Nakamoto T, Nakano M, Nawa K, Haga A, Kotoku J, Yamashita H, Nakagawa K
  • 学会等名: 第115回医学物理学会学術大会
• [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