人工知能を用いた膵癌CT自動診断システム開発とスクリーニング・早期診断への応用

• 研究課題/領域番号: 22K07638
• 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: 神戸大学
• 研究代表者: 祖父江 慶太郎 神戸大学, 医学部附属病院, 准教授 (90622027)
• 研究分担者: 村上 卓道 神戸大学, 医学研究科, 教授 (20252653) ; 上嶋 英介 神戸大学, 医学部附属病院, 助教 (40645561) ; 上野 嘉子 神戸大学, 医学研究科, 助教 (50625134) ; 増田 充弘 神戸大学, 医学研究科, 准教授 (60512530)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 膵癌 / 人工知能 / 造影CT / 深層学習 / スクリーニング / 早期診断

研究開始時の研究の概要

膵癌は生命予後が最も不良な癌であるが、早期診断された膵癌では5年生存率が80%を超える群が存在する。一方、膵癌は効果的なスクリーニング法が確立されていない上に早期膵癌は腫瘤としての形状を同定しにくいため、放射線科診断専門医でもCTで発見することは容易でない。

研究実績の概要

腹部造影CT画像に対して画像AI技術を用い、膵腫瘤および膵癌に付随する頻度の高い二次所見（主膵管拡張、主膵管狭窄、膵萎縮）の自動検出による膵癌自動診断システムの構築を試みた。深層学習を用いて、膵実質、膵管、腫瘤の各領域を自動抽出し、抽出結果に基づき膵腫瘤性病変ならびに二次所見の有無を判定可能なAIエンジンを構築した。トレーニングセット・バリデーションセットとして膵癌群、対照群あわせて1925例を用い、テストデータとして関連施設より収集した膵癌群100例、対照群90症例を対象に、膵腫瘤検出AI単独による膵癌検出精度ならびに膵腫瘤検出AIと二次所見検出AIの組合せによる膵癌検出精度を評価・算出した。
テストデータにおける膵腫瘤、膵萎縮、膵管拡張、膵管狭窄検出AIの診断能は、ROC解析の局面下面積で0.938、0.901、0.937、0.943であった。また各所見検出AIを総合した膵癌診断能は、感度98.9%、特異度93.0%であり、トレーニングデータの増加と総合診断プログラムを採用したことにより、以前のモデルと比較して大幅な診断能改善が得られた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

膵腫瘤および膵癌に付随する頻度の高い二次所見（主膵管拡張、主膵管狭窄、膵萎縮）の自動検出モデル作成が確立し、膵癌診断能においても十分な性能が確認できたため。

今後の研究の推進方策

本年度に実施された、① 人工知能を用いたCTによる膵癌自動診断アルゴリズム構築、② 早期膵癌におけるCT画像の特徴抽出と自動診断アルゴリズム構築、に加えて、③ 膵癌自動診断システムを用いた膵癌スクリーニング・早期診断の臨床試験実施、に向けて研究を遂行する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Rim Enhancement on Contrast-Enhanced CT as a Predictor of Prognosis in Patients with Pancreatic Ductal Adenocarcinoma (2024)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi T、Sofue K、Ueshima E、Sugiyama N、Yabe S、Ueno Y、Masuda A、Toyama H、Kodama T、Komatsu M、Hori M、Murakami T
  • 雑誌名: Diagnostics 巻: 14 号: 8 ページ: 782-782
  • DOI: 10.3390/diagnostics14080782
• [雑誌論文] Temporal progression of pancreatic cancer computed tomography findings until diagnosis: A large‐scale multicenter study (2024)
  • 著者名/発表者名: Gonda M、Masuda A、Kobayashi T、Iemoto T、Kakuyama S、Ezaki T、Ikegawa T、Hirata Y、Tsumura H、Ogisu K、Nakano R、Fujigaki S、Nakagawa T、Takagi M、Yamanaka K、Sato Y、Fujita K、Furumatsu K、Kato T、Sakai A、Shiomi H、Sanuki T、Arisaka Y、Okabe Y、Toyama H、Sofue K、Kodama Y
  • 雑誌名: United European Gastroenterology Journal 巻: - 号: 6 ページ: 761-771
  • DOI: 10.1002/ueg2.12557
• [雑誌論文] Benefits of pancreatic parenchymal endoscopic ultrasonography in predicting microscopic precancerous lesions of pancreatic cancer (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamakawa K、Inomata N、Masuda A、Takenaka M、Toyama H、Sofue K、Sakai A、Kobayashi T、Tanaka T、Tsujimae M、Ashina S、Gonda M、Abe S、Masuda S、Uemura H、Kohashi S、Nagao K、Harada Y、Miki M、Irie Y、Juri N、Shiomi H、Kanzawa M、Itoh T、Fukumoto T、Kodama Y
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-023-38920-1
• [雑誌論文] A comprehensive analysis of tumor-stromal collagen in relation to pathological, molecular, and immune characteristics and patient survival in pancreatic ductal adenocarcinoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Ashina S、Masuda A、Yamakawa K、Hamada T、Tsujimae M、Tanaka T、Toyama H、Sofue K、Shiomi H、Sakai A、Kobayashi T、Abe S、Gonda M、Masuda S、Inomata N、Uemura H、Kohashi S、Nagao K、Harada Y、Miki M、Juri N、Irie Y、Kanzawa M、Itoh T、Inoue J、Imai T、Fukumoto T、Kodama Y
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology 巻: 58 号: 10 ページ: 1055-1067
  • DOI: 10.1007/s00535-023-02020-8
• [雑誌論文] Intraductal oncocytic papillary neoplasm of the pancreas: clinical and radiological features compared to those of intraductal papillary mucinous neoplasm. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakaya M, Nakai Y, Takahashi M, Fukukura Y, Sato K, Kameda A, Tashiro Y, Kageyama S, Sofue K, Nakano T, Yoshimitsu K, Marugami N, Takeyama N, Tanaka M, Hasegawa K, Watadani T.
  • 雑誌名: Abdom Radiol (NY). 巻: 48 号: 8 ページ: 2483-2493
  • DOI: 10.1007/s00261-023-03985-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Association of Sarcopenia with a Poor Prognosis and Decreased Tumor-Infiltrating CD8-Positive T Cells in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma: A Retrospective Analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Masuda S、Yamakawa K、Masuda A、Toyama H、Sofue K、Nanno Y、Komatsu S、Omiya S、Sakai A、Kobayashi T、Tanaka T、Tsujimae M、Ashina S、Gonda M、Abe S、Uemura H、Kohashi S、Inomata N、Nagao K、Harada Y、Miki M、Irie Y、Juri N、Kanzawa M、Itoh T、Fukumoto T、Kodama Y
  • 雑誌名: Annals of Surgical Oncology 巻: 30 号: 9 ページ: 5776-5787
  • DOI: 10.1245/s10434-023-13569-2
• [雑誌論文] Integrated analysis of tertiary lymphoid structures in relation to tumor-infiltrating lymphocytes and patient survival in pancreatic ductal adenocarcinoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Tanaka T, Masuda A, Inoue J, Hamada T, Ikegawa T, Toyama H, Sofue K, Shiomi H, Sakai A, Kobayashi T, Tanaka S, Nakano R, Yamada Y, Ashina S, Tsujimae M, Yamakawa K, Abe S, Gonda M, Masuda S, Inomata N, Uemura H, Kohashi S, Nagao K, Kanzawa M, Itoh T, Ueda Y, Fukumoto T, Kodama Y
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology 巻: 58 号: 3 ページ: 277-291
  • DOI: 10.1007/s00535-022-01939-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deep learning image reconstruction to improve accuracy of iodine quantification and image quality in dual-energy CT of the abdomen: a phantom and clinical study (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukutomi A, Sofue K, Ueshima E, Negi N, Ueno Y, Tsujita Y, Yabe S, Yamaguchi T, Shimada R, Kusaka A, Hori M, Murakami T
  • 雑誌名: European Radiology 巻: 33 号: 2 ページ: 1388-1399
  • DOI: 10.1007/s00330-022-09127-1
• [学会発表] 膵臓画像診断の最新の動向【AI-based Pancreatic Cancer Detection on Contrast-Enhanced CT】 (2024)
  • 著者名/発表者名: 祖父江慶太郎祖父江慶太郎
  • 学会等名: 第83回 日本医学放射線学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] AI を用いた造影CT による膵癌診断支援システムの構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 祖父江慶太郎、増田充弘、児玉裕三
  • 学会等名: 第109回 日本消化器病学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 膵癌の画像診断 ～CT・MRIに期待される役割～ (2023)
  • 著者名/発表者名: 祖父江慶太郎
  • 学会等名: 第7回 KPECカンファレンス
  • 招待講演
• [学会発表] AI を用いた造影CT による膵癌診断支援システムの構築 (2023)
  • 著者名/発表者名: 祖父江慶太郎
  • 学会等名: 第82回 日本医学放射線学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 上腹部領域におけるAI 画像再構成技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 祖父江慶太郎
  • 学会等名: 第50回 日本磁気共鳴医学会大会
  • 招待講演
• [図書] Rad Fan(1348-3498)20巻11号 (2022)
  • 著者名/発表者名: 香川清澄、福富朗世、根宜典行、祖父江慶太郎
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: メディカルアイ