Radiomicsに基づく放射線治療支援システムの開発

• 研究課題/領域番号: 18K15604
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分52040:放射線科学関連
• 研究機関: 駒澤大学
• 研究代表者: 馬込 大貴 駒澤大学, 医療健康科学部, 准教授 (60725977)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 機械学習 / 深層学習 / 放射線治療 / 個別化治療 / 最適化 / Radiomics / 前立腺癌 / 頭頸部癌 / 線量分布 / 逐次近似再構成 / 事前情報 / ビッグデータ / 医学物理

研究成果の概要

本研究の目的は、医用画像から算出される画像特徴量と人工知能技術を組み合わせ、放射線治療分野の様々な支援を行う放射線治療支援システムの開発を行うことである。具体的には、頑強な画像特徴量を算出するための画像生成手法の開発、様々な疾患におけるRadiomics・人工知能技術に基づく患者予後の予測手法の開発を行なった。構築した予後予測モデルを用いて放射線量を擬似的に変化させた場合に生存期間がどのように変化するかを解析した結果、放射線量を増やすほど生存期間が延びる患者群と、放射線を増やしても生存期間にほぼ変化がない患者群に層別化することが可能であった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現在の放射線治療では、病期等が決まれば全ての患者に同一の処方線量が投与される場合が多い。しかし、医用画像やその他の様々な患者情報を統合して解析することで、患者個別に最適な処方線量等を決定できる可能性がある。本研究の成果は、個別化医療実現のための支援システムとして利用できる可能性がある。また、提案システムを用いることで、実際の臨床試験を行う前に試験の成功率を予測できる可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] Northwest University Medical Center(米国)
• [国際共同研究] ミネソタ大学/City of Hope Medical Center(米国)
• [国際共同研究] ミネソタ大学/City of Hope Medical Center(米国)
• [雑誌論文] Evaluation of a Monte Carlo-based algorithm for the influence of totally implantable venous access ports in external radiation therapy (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeshita Toshiki、Magome Taiki、Watanabe Ryuji、Onozawa Shiro、Tsuchiya Konatsu、Tago Masao、Sasaki Masayuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Radiology 巻: 39 号: 4 ページ: 387
  • DOI: 10.1007/s11604-020-01062-9
  • NAID: 210000176904
  • 査読あり
• [雑誌論文] 医療分野におけるＡＩの最前線 ―ＡＩで医療は変わるのか― (2020)
  • 著者名/発表者名: 馬込 大貴
  • 雑誌名: 総合危機管理 巻: 4 号: 0 ページ: 3-18
  • DOI: 10.34402/simric.4.0_3
  • NAID: 130007953494
  • ISSN: 2432-8731
  • 年月日: 2020-03-11
  • 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] A convolution neural network for higher resolution dose prediction in prostate volumetric modulated arc therapy (2020)
  • 著者名/発表者名: Sumida Iori、Magome Taiki、Das Indra J、Yamaguchi Hajime、Kizaki Hisao、Aboshi Keiko、Yamaguchi Hiroko、Seo Yuji、Isohashi Fumiaki、Ogawa Kazuhiko
  • 雑誌名: Physica Medica 巻: 72 ページ: 88-95
  • DOI: 10.1016/j.ejmp.2020.03.023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fully automated dose prediction using generative adversarial networks in prostate cancer patients (2020)
  • 著者名/発表者名: Murakami Yu、Magome Taiki、Matsumoto Kazuki、Sato Tomoharu、Yoshioka Yasuo、Oguchi Masahiko
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 5 ページ: e0232697-e0232697
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0232697
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 8．演題登録とアブストラクトの書き方 (2020)
  • 著者名/発表者名: Magome Taiki
  • 雑誌名: 日本放射線技術学会雑誌 巻: 76 号: 4 ページ: 433-436
  • DOI: 10.6009/jjrt.2020_JSRT_76.4.433
  • NAID: 130007833375
  • ISSN: 0369-4305, 1881-4883
• [雑誌論文] 世界の論文紹介 (2020)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 雑誌名: 日本放射線技術学会放射線治療部会誌 巻: 34 ページ: 108-110
• [雑誌論文] 診断から治療へ -AIの積極的活用- (2020)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 雑誌名: RadFan 巻: 18 ページ: 34-36
• [雑誌論文] 12. English Expression Tips for Specialized Fields (2020)
  • 著者名/発表者名: Hanaoka Kohei、Magome Taiki、Matsubara Kosuke、Ohtani Yuriko
  • 雑誌名: Japanese Journal of Radiological Technology 巻: 76 号: 8 ページ: 848-854
  • DOI: 10.6009/jjrt.2020_jsrt_76.8.848
  • NAID: 130007888732
• [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] Deep convolutional neural network for reduction of contrast-enhanced region on CT images (2019)
  • 著者名/発表者名: Sumida Iori、Magome Taiki、Kitamori Hideki、Das Indra J、Yamaguchi Hajime、Kizaki Hisao、Aboshi Keiko、Yamashita Kyohei、Yamada Yuji、Seo Yuji、Isohashi Fumiaki、Ogawa Kazuhiko
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 60 号: 5 ページ: 586-594
  • DOI: 10.1093/jrr/rrz030
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of organ-at-risk dose reduction with jaw tracking technique in flattening filter-free beams in lung stereotactic body radiation therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Murakami Yu、Magome Taiki、Matsubayashi Fumiyasu、Takahashi Ryo、Arima Masato、Kamima Tatsuya、Nakano Masahiro、Sato Tomoharu、Yoshioka Yasuo、Oguchi Masahiko
  • 雑誌名: Physica Medica 巻: 61 ページ: 70-76
  • DOI: 10.1016/j.ejmp.2019.04.018
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3Dプリンターによる中空のある大血管モデルの作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤今日一, 嶋田守男, 吉川宏起, 森口央基, 岡田朋子, 馬込大貴
  • 雑誌名: 駒澤大学医療健康科学部紀要 巻: 15 ページ: 17-23
  • NAID: 120006618873
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 3Dプリンターを用いて作製した胃疾患モデルの再現性に関する検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤今日一, 嶋田守男, 吉川宏起, 森口央基, 岡田朋子, 馬込大貴
  • 雑誌名: 駒澤大学医療健康科学部紀要 巻: 15 ページ: 25-31
  • NAID: 120006618874
  • オープンアクセス
• [学会発表] Outcome modeling using extrapolation data in oropharyngeal cancer patients after radiotherapy (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohei Oguma, Taiki Magome, Masanori Someya, Tomokazu Hasegawa, Koh-ichi Sakata.
  • 学会等名: The 9th Korea-Japan Joint Meeting on Medical Physics
  • 国際学会
• [学会発表] AI-based detection of positioning error in skull X-ray images based on convolutional neural network (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuya Hirokane, Taiki Magome, Tatsuya Hayashi, Maiko Hashimoto, Masahiko Takahashi, Norio Hayashi
  • 学会等名: ASMIRT-NZIMRT 2021
  • 国際学会
• [学会発表] 世界の放射線技術学と多様性, 海外の医学物理士関連の団体とその学術大会 (2021)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第77回日本放射線技術学会総会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Prediction of prostate cancer recurrence using machine learning models developed with extrapolation data (2021)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Oguma, Taiki Magome, Masanori Someya, Tomokazu Hasegawa, Koh-ichi Sakata.
  • 学会等名: 第121回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] Structural similarity autoencoderに基づく検像支援システムの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 真木彪汰, 馬込大貴, 林達也, 橋本真衣子, 高橋雅彦, 林則夫
  • 学会等名: 第77回日本放射線技術学会総会学術大会
• [学会発表] Evaluation of radiomic feature stability for CT imaging parameters in lung nodules. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shunpei Koizumi, Taiki Magome.
  • 学会等名: AAPM 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 前立腺癌患者における前立腺内の石灰化が生化学的再発予測モデルに与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 村上悠, 馬込大貴, 水谷拓也, 佐藤智春, 吉岡靖生, 小口正彦.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第33回高精度放射線外部照射部会学術大会
• [学会発表] CT画像におけるRadiomics特徴量のばらつきの評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小泉旬平, 馬込大貴
  • 学会等名: 第76回日本放射線技術学会総会学術大会
• [学会発表] 敵対的生成ネットワークに基づく検像支援システムの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 廣兼拓弥, 馬込大貴, 林達也, 橋本真衣子, 高橋雅彦, 林則夫
  • 学会等名: 第76回日本放射線技術学会総会学術大会
• [学会発表] Automated dose generation for intensity-modulated radiation therapy using generative adversarial networks in prostate cancer patient. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yu Murakami, Taiki Magome, Kazuki Matsumoto, Tomoharu Sato, Yasuo Yoshioka, Masahiko Oguchi
  • 学会等名: 第119回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] 診断から治療へ -AIの積極的な臨床応用に向けて- (2020)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第39回日本医用画像工学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Potential of radiomic feature related to prostatic calcifications for the machine learning based prediction of biochemical recurrence in prostate cancer patient. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu Murakami, Taiki Magome, Takuya Mizutani, Tomoharu Sato, Yasuo Yoshioka, Masahiko Oguchi.
  • 学会等名: ASTRO 2019
  • 国際学会
• [学会発表] A New Approach to the Risk Classification of Patients with Prostate Cancer Treated with I-125 Prostate Seed Implantation in a Japanese Nationwide Prospective Cohort Study (2019)
  • 著者名/発表者名: Katsumasa Nakamura, Taiki Magome, Atsunori Yorozu, Shiro Saito, Kazuto Ito, Shinsuke Kojima, Takashi Kikuchi, Masanori Fukushima, Takushi Dokiya, Hidetoshi Yamanaka.
  • 学会等名: ASTRO 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 検査画像・医療情報を利用した患者の予後予測と機械 / 深層学習の適用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: JIRA第9回画像医療システム産業研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 放射線治療における人工知能の応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第12回中部放射線医療技術学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 診療放射線部門におけるAIの現状と将来展望 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 東京電子専門学校診療放射線学科創設50周年記念特別講演
  • 招待講演
• [学会発表] 前立腺癌患者におけるRadiomics特徴量を用いた生化学的再発予測モデルの構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 村上悠, 馬込大貴, 水谷拓也, 佐藤智春, 吉岡靖生, 小口正彦
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第32回学術大会
• [学会発表] 我々はどう生きるべきか-AI時代における医学物理と放射線技術- (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 駒澤大学診療放射線研究会第4回研究会セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 機械学習技術の放射線治療における応用研究の動向 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第15回化学放射線治療科学研究会
• [学会発表] DICOM-RTの基礎と輪郭情報の抽出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第3回放射線治療人工知能研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 令和の時代、医療に必要な技術・知識 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第15回中四国放射線医療技術フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 放射線治療におけるAIの活用と将来展望 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第31回 九州放射線治療セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 医療分野におけるＡＩの最前線 －ＡＩで医療は変わるのか－ (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 総合危機管理学会第４回学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 英語アブストラクトの書き方 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第75回日本放射線技術学会総会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 皮下埋め込み型ポートによる線量分布への影響の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹下利貴, 馬込大貴, 佐藤道浩, 小野澤志郎, 多湖正夫, 土屋子夏, 佐々木雅之
  • 学会等名: 第75回日本放射線技術学会総会学術大会
• [学会発表] Prediction of prostate cancer recurrence after radiotherapy using support vector machine. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuya Mizutani, Taiki Magome, Masanori Someya, Tomokazu Hasegawa, Koh-ichi Sakata
  • 学会等名: The 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] Megavoltage CT reconstruction with extended field-of-view using various prior information (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Watanabe, Taiki Magome, Akihiro Haga, Kanabu Nawa, Masahiro Nakano, Yukihiro Nomura, Shohei Hanaoka, Keiichi Nakagawa
  • 学会等名: The 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] Investigation of effective input image size of fully convolutional neural network for organs at risks segmentation in head and neck cancer radiotherapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Matsumoto, Taiki Magome
  • 学会等名: The 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] Effect of prostatic calcification on radiomic features extracted from computed tomography (CT) (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu Murakami, Taiki Magome, Masahiro Nakano, Tomoharu Sato, Yasuo Yoshioka, Masahiko Oguchi
  • 学会等名: The 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] 模様を定量化する-テクスチャ解析の基礎-. (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: レディオミクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 人工知能と放射線治療 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 札幌医科大学放射線治療セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Semantic segmentation using deep convolutional neural network in head and neck cancer radiotherapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Matsumoto, Taiki Magome
  • 学会等名: ESTRO meets ASIA 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Nationwide prostate cancer outcome prediction study of permanent iodine-125 seed implantation: Outcome prediction using machine learning techniques with cohort 1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Taiki Magome, Katsumasa Nakamura, Takashi Kikuchi, Shinsuke Kojima, Kazuto Ito, Atsunori Yorozu, Shiro Saito, Masanori Fukushima
  • 学会等名: RSNA 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Machine leaning based prediction of prostate cancer recurrence after radiotherapy with radiosensitivity related proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuya Mizutani, Taiki Magome, Masanori Someya, Tomokazu Hasegawa, Koh-ichi Sakata
  • 学会等名: RSNA 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Potential of jaw tracking technique in flattening filter free beam for lung stereotactic body radiation therapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Yu Murakami, Fumiyasu Matsubayashi, Taiki Magome, Ryo Takahashi, Masato Arima, Tatsuya Kamima, Masahiro Nakano, Tomoharu Sato, Yasuo Yoshioka, Masahiko Oguchi
  • 学会等名: 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: Yuki Watanabe, Taiki Magome, Akihiro Haga, Kanabu Nawa, Masahiro Nakano, Yukihiro Nomura, Shohei Hanaoka, Keiichi Nakagawa, Darren Zuro, Chunhui Han, Jeffrey Wong, Susanta Hui
  • 学会等名: AAPM 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Nationwide prostate cancer outcome prediction study of permanent iodine-125 seed implantation based on artificial intelligence: Preliminary analysis with cohort 1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Taiki Magome, Katsumasa Nakamura, Takashi Kikuchi, Shiro Saito
  • 学会等名: The 6th Taiwan-Japan Radiation Oncology Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 機械学習による放射線技術学の将来展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 京都大学医学部附属病院第10回放射線部学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 皮下埋め込み型ポートが投与線量に与える影響の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹下利貴, 馬込大貴, 守田圭伸, 筒井悠治, 氷室和彦, 馬場眞吾, 佐々木雅之
  • 学会等名: 第46回日本放射線技術学会秋季学術大会
• [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: 渡辺悠紀, 馬込大貴, 芳賀昭弘, 名和要武, 中野正寛, 野村行弘, 花岡昇平, 中川恵一
  • 学会等名: 第116回医学物理学会学術大会
• [学会発表] 頭頸部癌放射線治療における治療計画CTのSemantic Segmentation (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本和樹, 馬込大貴
  • 学会等名: 第116回医学物理学会学術大会
• [学会発表] 放射線治療分野におけるAIの可能性と将来展望 (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第23回北奥羽放射線治療懇談会
  • 招待講演
• [学会発表] 前立腺がん患者の放射線治療後の予後予測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水谷拓也, 馬込大貴, 染谷正則, 長谷川智一, 坂田耕一
  • 学会等名: 第2回人工知能応用医用画像研究会
• [学会発表] Radiomicsと人工知能技術について (2018)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴
  • 学会等名: 第３回大淀放射線研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Preliminary results of radiomics feature stability with various CT acquisition parameters (2018)
  • 著者名/発表者名: Taiki Magome, Arata Yano, Morio Shimada, Kohki Yoshikawa
  • 学会等名: 第115回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] Influence of respiratory motion on radiomics analyses of intratumoral heterogeneity in PET/CT imaging (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Takeshita, Taiki Magome, Keishin Morita, Yuji Tsutsui, Kazuhiko Himuro, Shingo Baba, Masayuki Sasaki
  • 学会等名: 第74回日本放射線技術学会総会学術大会
• [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: Yuki Watanabe, Taiki Magome, Akihiro Haga, Kanabu Nawa, Masahiro Nakano, Yukihiro Nomura, Shohei Hanaoka, Keiichi Nakagawa
  • 学会等名: 第115回日本医学物理学会学術大会
• [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: Takuya Mizutani, Taiki Magome, Akihiro Haga, Hiroshi Igaki, Kanabu Nawa, Noriyasu Sekiya, Keiichi Nakagawa
  • 学会等名: 第115回日本医学物理学会学術大会
• [図書] レディオミクス入門 (2021)
  • 著者名/発表者名: 馬込大貴(分担執筆), 有村 秀孝 (編集), 角谷倫之 (編集)
  • 総ページ数: 338
  • 出版者: オーム社
  • ISBN: 4274226387
• [図書] 放射線治療AIと外科治療AI, "小線源治療" (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤田 広志、有村 秀孝、諸岡 健一
  • 総ページ数: 250
  • 出版者: オーム社
  • ISBN: 427422547X
• [備考] 馬込研究室ホームページ
  • URL: https://magome.wixsite.com/laboratory
• [備考] 駒澤大学医療健康科学部馬込研究室ホームページ
  • URL: https://magome.wixsite.com/laboratory