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放射線治療における深層学習を用いた画像生成・解析の積極的臨床適用

研究課題

研究課題/領域番号 20H04278
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
研究機関東京大学

研究代表者

中川 恵一  東京大学, 医学部附属病院, 特任教授 (80188896)

研究分担者 名和 要武  東京大学, 医学部附属病院, 助教 (00456914)
鍛冶 静雄  九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 教授 (00509656)
野沢 勇樹  東京大学, 医学部附属病院, 特任助教 (00836918)
仲本 宗泰  北海道大学, 保健科学研究院, 助教 (10808877)
太田 岳史  東京大学, 医学部附属病院, 特任助教 (20727408)
尾崎 翔  弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60615326)
山下 英臣  東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (70447407)
今江 禄一  東京大学, 医学部附属病院, 副診療放射線技師長 (80420222)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2020年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
キーワード放射線治療 / 深層学習 / 画像生成 / 画像解析 / 臨床適用 / 生成解析
研究開始時の研究の概要

近年の情報処理技術の発展に伴い,医用画像に対して深層学習を用いた画像生成や解析(以下,深層画像処理)が適用され始めており,従来困難であったモダリティ間の画像変換や高画質化など,様々な応用が期待されている.本研究では,放射線治療における医用画像に対して深層画像処理を施した上で,生成画像や解析結果を放射線治療の様々な状況において安全かつ有効に利用する方法を確立することを目的とする. 研究期間内には,①深層画像処理法の構築,さらに深層画像処理の適用として②放射線治療前,③治療期間内,④治療後の医用画像を対象として有効性を明確にする.

研究成果の概要

本研究では,放射線治療で得られる医用画像に対して深層学習や機械学習を適用し,その出力として得られる生成画像や解析結果を安全かつ有効に利用する方法を確立することを目的とした.研究期間内には,神経膠腫や原発性非小細胞肺癌のグレード予測や予後予測モデルを作成した.また,深層学習を用いた画質改善法および学習データ数の適正化やCT画像に対する臓器のセグメンテーションを実施し,深層学習を用いた画像生成や解析法の有用性を示した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では,放射線治療で得られる医用画像に対する機械学習や深層学習の適用について,安定,かつ,安全な臨床利用を念頭に置いたデータ解析法や画質改善法,また,適切な学習データ数に関する提案を行った.医用画像に対する深層学習の適用範囲は広く,本研究の成果は放射線治療で得られる医用画像に対する深層学習の適用方法のいくつかを示したことであり,研究の実施によって得られた知見は学会発表や論文投稿を通して公表した.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Establishment of a Prediction Model for Overall Survival after Stereotactic Body Radiation Therapy for Primary Non-Small Cell Lung Cancer Using Radiomics Analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Subaru Sawayanagi, Hideomi Yamashita, Yuki Nozawa, Ryosuke Takenaka, Yosuke Miki, Kosuke Morishima, Hiroyuki Ueno, Takeshi Ohta, Atsuto Katano.
    • 雑誌名

      Cancers (Basel)

      巻: 14 号: 16 ページ: 3859-3859

    • DOI

      10.3390/cancers14163859

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Training of deep cross‐modality conversion models with a small dataset, and their application in megavoltage CT to kilovoltage CT conversion2022

    • 著者名/発表者名
      Ozaki S, Kaji S, Nawa K, Imae T, Aoki A, Nakamoto T, Ohta T, Nozawa Y, Yamashita H, Haga A, Nakagawa K
    • 雑誌名

      Medical Physics

      巻: - 号: 6 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1002/mp.15626

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Retrospective dose reconstruction of prostate stereotactic body radiotherapy using cone-beam CT and a log file during VMAT delivery with flattening-filter-free mode2020

    • 著者名/発表者名
      Imae Toshikazu,Haga Akihiro,Watanabe Yuichi,Takenaka Shigeharu,Shiraki Takashi,Nawa Kanabu,Ogita Mami,Takahashi Wataru,Yamashita Hideomi,Nakagawa Keiichi,Abe Osamu.
    • 雑誌名

      Radiological Physics and Technology

      巻: 13 号: 3 ページ: 238-248

    • DOI

      10.1007/s12194-020-00574-3

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 最近の RPT 誌レビュー論文から2020

    • 著者名/発表者名
      鍛冶 静雄, 木田 智士, 藤田 広志
    • 雑誌名

      日本放射線技術学会雑誌

      巻: 76 号: 11 ページ: 1207-1210

    • DOI

      10.6009/jjrt.2020_JSRT_76.11.1207

    • NAID

      130007941354

    • ISSN
      0369-4305, 1881-4883
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習によるCT画像変換2022

    • 著者名/発表者名
      鍛冶静雄
    • 学会等名
      第3回 京大―ハイデルベルク大―理研 ワークショップ 「医学と数理」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Denoising and Contrast Enhancement of MVCT Using Deep Learning-based Methods2021

    • 著者名/発表者名
      Ozaki S, Kaji S, Nawa K, Imae T, Aoki A, Nakamoto T, Ohta T, Nozawa Y, Haga A, Nakagawa K
    • 学会等名
      第121回日本医学物理学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Training modality conversion models with small data and its application to MVCT to kVCT conversion2021

    • 著者名/発表者名
      Ozaki S, Kaji S, Nawa K, Imae T, Aoki A, Nakamoto T, Ohta T, Nozawa Y, Haga A, Nakagawa K
    • 学会等名
      ESTRO 2021 Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 深層学習を用いて画質改善した位置合わせ用CBCT上における線量分布の再構築2021

    • 著者名/発表者名
      今江禄一,青木淳,竹中重治,松田佳奈子,三枝茂輝,鍛冶静雄,岩永秀幸,阿部修
    • 学会等名
      第49回日本放射線技術学会秋季学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 医用画像処理における深層学習ベースの画像変換2021

    • 著者名/発表者名
      鍛治 静雄
    • 学会等名
      バイオフィジオロジー研究会特別企画Webカンファレンス2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Imaging biomarker analysis for grading malignant gliomas based on a few conventional magnetic resonance imaging sequences2020

    • 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
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Radiomic-based prediction of malignant glioma grades using preoperative contrast-enhanced T1WIs and T2WIs2020

    • 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
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 東京大学医学部附属病院 放射線科 放射線治療部門 > 研究・業績

    • URL

      http://u-tokyo-rad.jp/works/index.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2020 実績報告書
  • [備考] 東京大学医学部附属病院 放射線科 放射線治療部門 > 研究・業績

    • URL

      http://u-tokyo-rad.jp/works/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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