マルチモダリティイメージングと機械学習による頭頸部癌の新たな節外浸潤診断法の開発

• 研究課題/領域番号: 18K07758
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52040:放射線科学関連
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 東家 亮 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 准教授 (60452893)
• 研究分担者: 甲斐 祐大 熊本大学, 病院, 診療放射線技師 (60816239)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 放射線治療 / 頭頸部腫瘍 / リンパ節転移 / 節外浸潤 / 機械学習

研究成果の概要

頭頸部癌94例のFDG-PET/CT画像で得られたSUVmaxの診断能を評価した。リンパ節領域のSUVmaxを計測し、病理組織と比較した。ROC解析では、AUCは0.913であった。SUVmaxのカットオフ値を3.0に設定したときの診断能は感度が81.1%、特異度が94.3%、正診度が93.1%であった。カットオフ値設定による診断の有用性が示唆された。また、ボクセルサイズがSUVに及ぼす影響をファントム実験にて評価した。3種類のボクセルサイズの画像で球のSUVmaxを測定した。3種類の条件ではSUVmaxが有意に異なっていた。分解能に応じてカットオフ値を設定する必要性が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

頭頸部腫瘍において、節外浸潤は予後不良因子であるとされ、その有無は治療方針決定に大きな影響を及ぼす。放射線治療の治療計画においても臨床標的体積の決定に必要な情報である。このため節外浸潤の診断は臨床的に非常に重要であるが、これまで診断能が高い方法は報告されていなかった。本研究によって節外浸潤の診断が非常に高い精度をもって可能になることが示唆された。また、近年導入が進んでいる高分解能PET/CT装置の導入における問題点についても新たな知見が得られ、今後更なる研究の発展が期待できるものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Impact of four-dimensional cone-beam computed tomography on target localization for gastric mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma radiotherapy: reducing planning target volume (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimohigashi Y, Toya R, Saito T, Kono Y, Doi Y, Fukugawa Y, Watakabe T, Matsumoto T, Kai Y, Maruyama M, Oya N.
  • 雑誌名: Radiation Oncology 巻: 16 号: 1 ページ: 14-14
  • DOI: 10.1186/s13014-020-01734-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High Spatial Resolution Digital Positron Emission Tomography Images With Dedicated Source-to-background Algorithm for Radiotherapy Planning (2020)
  • 著者名/発表者名: WATAKABE TAKAHIRO、TOYA RYO、SAITO TETSUO、MATSUYAMA TOMOHIKO、SHIRAISHI SHINYA、KAI YUDAI、SHIMOHIGASHI YOSHINOBU、OYA NATSUO
  • 雑誌名: Anticancer Research 巻: 40 号: 5 ページ: 2567-2572
  • DOI: 10.21873/anticanres.14227
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stereotactic Body Radiotherapy Based on 99mTc-GSA SPECT Image-guided Inverse Planning for Hepatocellular Carcinoma (2020)
  • 著者名/発表者名: KAI YUDAI、TOYA RYO、SAITO TETSUO、MATSUYAMA TOMOHIKO、FUKUGAWA YOSHIYUKI、SHIRAISHI SHINYA、SHIMOHIGASHI YOSHINOBU、OYA NATSUO
  • 雑誌名: In Vivo 巻: 34 号: 6 ページ: 3583-3588
  • DOI: 10.21873/invivo.12202
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Semi-automated prediction approach of target shifts using machine learning with anatomical features between planning and pretreatment CT images in prostate radiotherapy (2020)
  • 著者名/発表者名: Kai, Y. Arimura, H. Ninomiya, K. Saito, T. Shimohigashi, Y. Kuraoka, A. Maruyama, M. Toya, R. Oya, N.
  • 雑誌名: J Radiat Res 巻: 61 号: 2 ページ: 285-297
  • DOI: 10.1093/jrr/rrz105
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diagnostic Value of FDG-PET/CT for the Identification of Extranodal Extension in Patients With Head and Neck Squamous Cell Carcinoma (2020)
  • 著者名/発表者名: Toya, R. Saito, T. Matsuyama, T. Kai, Y. Shiraishi, S. Murakami, D. Yoshida, R. Watakabe, T. Sakamoto, F. Tsuda, N. Arimura, H. Orita, Y. Nakayama, H. Oya, N.
  • 雑誌名: Anticancer Res 巻: 40 号: 4 ページ: 2073-2077
  • DOI: 10.21873/anticanres.14165
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Image quality evaluation of in-treatment four-dimensional cone-beam computed tomography in volumetric-modulated arc therapy for stereotactic body radiation therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimohigashi, Y. Doi, Y. Kouno, Y. Yotsuji, Y. Maruyama, M. Kai, Y. Toya, R.
  • 雑誌名: Phys Med 巻: 68 ページ: 10-16
  • DOI: 10.1016/j.ejmp.2019.11.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of rigid and deformable image registration for nasopharyngeal carcinoma radiotherapy planning with diagnostic position PET/CT (2019)
  • 著者名/発表者名: Kai, Y. Arimura, H. Toya, R. Saito, T. Matsuyama, T. Fukugawa, Y. Shiraishi, S. Shimohigashi, Y. Maruyama, M. Oya, N.
  • 雑誌名: Jpn J Radiol 巻: 38 号: 3 ページ: 256-264
  • DOI: 10.1007/s11604-019-00911-6
  • NAID: 210000187152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of (99m)Tc-GSA SPECT Image-Guided Inverse Planning on Dose-Function Histogram Parameters for Stereotactic Body Radiation Therapy Planning for Patients With Hepatocellular Carcinoma: A Dosimetric Comparison Study (2019)
  • 著者名/発表者名: Toya, R. Saito, T. Kai, Y. Shiraishi, S. Matsuyama, T. Watakabe, T. Sakamoto, F. Tsuda, N. Shimohigashi, Y. Yamashita, Y. Oya, N.
  • 雑誌名: Dose Response 巻: 17 号: 1 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1177/1559325819832149
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of hybrid FDG-PET/CT on gross tumor volume definition of cervical esophageal cancer: reducing interobserver variation (2019)
  • 著者名/発表者名: Toya R, Matsuyama T, Saito T, Imuta M, Shiraishi S, Fukugawa Y, Iyama A, Watakabe T, Sakamoto F, Tsuda N, Shimohigashi Y, Kai Y, Murakami R, Yamashita Y, Oya N.
  • 雑誌名: J Radiat Res 巻: 60 (3) 号: 3 ページ: 348-352
  • DOI: 10.1093/jrr/rrz004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Target volume and motion position evaluation of four-dimensional cone-beam CT: comparison with 4D-CT using dynamic thorax phantom (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Doi, Yoshinobu Shimohigashi, Yohei Yotsuji, Masato Maruyama, Yudai Kai, Ryo Toya
  • 雑誌名: Biomedical Physics & Engineering Express 巻: 5 号: 3 ページ: 035016-035016
  • DOI: 10.1088/2057-1976/ab1054
  • 査読あり
• [学会発表] Dose-function histogram evaluation using 99mTc-GSA SPECT/CT images for SBRT planning for HCC (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Toya, T. Saito, S. Shiraishi, Y. Kai, R. Murakami, T. Matsuyama, T. Watakabe, F. Sakamoto, N. Tsuda, Y. Shimohigashi, Y. Yamashita, N. Oya
  • 学会等名: ESTRO 37
  • 国際学会