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画像主体で極力主観を排した客観的指標による放射線肺臓炎の評価法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K08034
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
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

国枝 悦夫  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 客員教授 (70170008)

研究分担者 尾川 浩一  法政大学, 理工学部, 教授 (00158817)
二上 菜津実  東海大学, 医学部, 助教 (20806195)
秋庭 健志  東海大学, 医学部, 講師 (40276845)
株木 重人  東海大学, 医学部, 講師 (00402777)
松元 佳嗣  東海大学, 医学部, 助教 (20568969)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
キーワード放射線肺臓炎 / 機械学習 / 放射線治療 / 肺臓炎 / 領域抽出 / グレード / 予想
研究開始時の研究の概要

現在のこところ肺臓炎の評価はステロイド治療の有無や症状によるグレードが基準となるが、これは担当医の方針や主観的要素が強く関与し、客観的予測システム確立の障害となっている。本研究では主観にたよらない客観的、画像的な指標などによる肺臓炎の評価システムを開発し、最終的に機械学習で予測する。放射線腫瘍医、呼吸器内科医が見直した従来のGradingと、予測された画像的Gradingとを比較し、整合性、妥当性を検討する。

研究実績の概要

前年度は、法政大学工学部尾川研究室の尾川教授と大学院生福士氏(現在、東京工業大学博士課程)の協力により機械学習による肺臓炎範囲検出システムを構築した。放射線肺臓炎は症例が少なく学習データとして不足するため、データが多くあり病態が類似するコロナ肺炎で機械学習を進めた。目標達成のために, Pix2pix を利用した. 医療画像での機械学習においてこの手法を採用し肺領域抽出と疾患部抽出を分けて行う例も少ない. CT 画像の肺領域抽出モデルと肺領域抽出画像の疾患部抽出モデルの2 つのモデルを作成した。
今年度は症例数を増やし、正常構造までを含めた胸部構造の自動セグメンテーションについても検討した。肺臓炎の発生は肺の照射体積、線量に直接的に関係するが、更に肺線量と体積に影響する要素としては照射時の呼吸状態、それにともなう密度変化などにも関係する。深吸気息止め法は乳がん部分切除後照射の術後などで心臓線量を低減するために用いられるが、胸部照射においても体積の変化で応用できる可能性がある。その点から、東海大学と連携して、呼吸移動と線量の関係などの研究をおこなった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

今年度は、症例蓄積から推論精度を高める予定であったが諸般の事情で集積がおくれている。1年間の研究期間延長で予定を達成する心つもりである。

今後の研究の推進方策

当初の2023年度の目標を完遂し、研究を完了させる。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022 2021 2020

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

  • [雑誌論文] Effect on Heart and Lung Doses Reduction of Abdominal and Thoracic Deep Inspiratory Breath-hold Assuming Involved-field Radiation Therapy in Patients with Simulated Esophageal Cancer2023

    • 著者名/発表者名
      Eride Mutu 1 , Takeshi Akiba, Yoshitsugu Matsumoto, Etsuo Kunieda
    • 雑誌名

      Tokai J Exp Clin Med

      巻: 48 ページ: 32-37

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Applying Artificial Neural Networks to Develop a Decision Support Tool for Tis-4N0M0 Non-Small-Cell Lung Cancer Treated With Stereotactic Body Radiotherapy2022

    • 著者名/発表者名
      Nemoto Takafumi、Takeda Atsuya、Matsuo Yukinori、Kishi Noriko、Eriguchi Takahisa、Kunieda Etsuo、Kimura Ryusei、Sanuki Naoko、Tsurugai Yuichiro、Yagi Masamichi、Aoki Yousuke、Oku Yohei、Kimura Yuto、Han Changhee、Shigematsu Naoyuki
    • 雑誌名

      JCO Clinical Cancer Informatics

      巻: e 号: 6

    • DOI

      10.1200/cci.21.00176

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Examination of the dose distribution of volumetric modulated arc radiotherapy using a high-definition multi-leaf collimator for breast cancer patients with irradiated regional lymph nodes2022

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Yoshitsugu、Kunieda Etsuo、Futakami Natsumi、Akiba Takeshi、Nagao Ryuta、Fukuzawa Tsuyoshi、Katsumata Tomomi、Kuroki Toshihisa、Mikami Tatsuya、Okumura Yasuhiro、Souda Kenji、Mutu Eride、Sugawara Akitomo
    • 雑誌名

      Reports of Practical Oncology and Radiotherapy

      巻: 19 ページ: 634-643

    • DOI

      10.5603/rpor.a2022.0081

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of sample size and data augmentation on U-Net-based automatic segmentation of various organs2021

    • 著者名/発表者名
      Nemoto Takafumi、Futakami Natsumi、Kunieda Etsuo、Yagi Masamichi、Takeda Atsuya、Akiba Takeshi、Mutu Eride、Shigematsu Naoyuki
    • 雑誌名

      Radiological Physics and Technology

      巻: 14 号: 3 ページ: 318-327

    • DOI

      10.1007/s12194-021-00630-6

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Verification of the junctional dose for irradiation of the chest wall and supraclavicular regions under the circumstances of advanced technologies2021

    • 著者名/発表者名
      Iwaki Kengo、Kamaya Akira、Fuwa Nobukazu、Tanisada Kazuaki、Matsueda Kouji、Shibahara Takahiko、Fujita Yukio、Kunieda Etsuo、Todaka Hideharu、Nomura Miwako、Ii Noriko
    • 雑誌名

      Medical Dosimetry

      巻: 20 号: 3 ページ: e1-e9

    • DOI

      10.1016/j.meddos.2020.12.001

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simple low-cost approaches to semantic segmentation in radiation therapy planning for prostate cancer using deep learning with non-contrast planning CT images2020

    • 著者名/発表者名
      Nemoto Takafumi、Futakami Natsumi、Yagi Masamichi、Kunieda Etsuo、Akiba Takeshi、Takeda Atsuya、Shigematsu Naoyuki
    • 雑誌名

      Physica Medica

      巻: 78 ページ: 93-100

    • DOI

      10.1016/j.ejmp.2020.09.004

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficacy evaluation of 2D, 3D U-Net semantic segmentation and atlas-based segmentation of normal lungs excluding the trachea and main bronchi.2020

    • 著者名/発表者名
      Nemoto T, Futakami N, Yagi M, Kumabe A, Takeda A, Kunieda E, Shigematsu N.
    • 雑誌名

      J Radiat Res

      巻: 61(2) 号: 2 ページ: 257-264

    • DOI

      10.1093/jrr/rrz086

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Effects of sample size and data augmentation on U-Net-based automatic segmentation of various organs2022

    • 著者名/発表者名
      Nemoto T, Kunieda E
    • 学会等名
      22nd Asia- Oceania Congress on Medical Physics (AOCMP)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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