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人工衛星による大気汚染情報を活用した間質性肺炎プレシジョンメディシンの実現

研究課題

研究課題/領域番号 23K27610
補助金の研究課題番号 23H02919 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
応募区分一般
審査区分 小区分53030:呼吸器内科学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

古川 大記  名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (30837654)

研究分担者 横田 秀夫  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, チームリーダー (00261206)
道川 隆士  国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 上級研究員 (60435683)
大山 慎太郎  名古屋大学, 未来社会創造機構, 准教授 (80768797)
研究期間 (年度) 2024-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)
2025年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
キーワードデータベース構築 / 間質性肺炎 / 人工知能 / 個別化医療 / 大気汚染 / 人工衛星 / 予後予測 / 疾患進行 / データベース
研究開始時の研究の概要

間質性肺炎は、肺の間質が侵される肺疾患の総称で、多数の診断群と多様な経過をたどる。中でも最も予後不良である特発性肺線維症(IPF)は、正確に診断できる専門医が少ない。同様に予後不良である進行性線維性間質性肺炎(PF-ILD)は、病状が悪化した後にPF-ILD と判断されるため治療導入が遅れてしまう。
このため、本研究では前向き・後ろ向きリアルワールド疾患データと大気汚染情報を統合してPF-ILDを診断する機械学習モデルを構築し、さらに構築済みの機械学習モデル群との統合によるデータ駆動型研究により疾患の本質を導き出す。

研究実績の概要

令和6年度は、当初計画に基づき、構築済みのIPF診断・予後予測・治療効果予測の3つのAIモデルを多要素データベースによって再検証し、必要な入力特徴量の削減を達成することで汎化性能を高めるとともに、新たに進行性線維性間質性肺炎(PF-ILD)の予測AIモデルを開発し、大規模データベースを活用して精度検証を行った。これにより、病状が進行する前段階でPF-ILDを高い精度で見極められる可能性が示唆され、既存の疾患概念を超えた個別化医療への大きなステップとなった。
得られた研究成果や技術的課題について、バイオメディカルインターフェース・ワークショップ(2025年3月)や日本呼吸ケア・リハビリテーション学会学術集会(2024年11月)など多くの学会で発表し、AIがもたらす呼吸器診療の将来像やプログラム医療機器開発の社会実装に向けた諸課題を議論した。また、ERS International Congress 2024では、全国規模レジストリ「PROMISE study」に基づくIPF鑑別機械学習モデルの開発と評価を報告し、海外からも高い関心を得た。大気汚染と入院リスクに関するEnvironmental Geomarkerの成果も多方面で公表し、国内外の研究者からフィードバックを受ける機会を得た。
さらに、当初想定していなかった間質性肺炎の急性増悪と死亡リスクを診断時のみならず経時的に予測可能とするディープラーニング手法を開発し、検証論文を責任著者としてAnnals of the American Thoracic Societyに掲載、臨床応用への有望性を示した。

現在までの達成度
現在までの達成度

3: やや遅れている

理由

大気汚染データの取得元である人工衛星の仕様変更が生じた影響により、当初想定していなかった大規模な人工衛星に関する情報収集と研究計画の再設計が必要となり、一部の進捗が当初計画から遅延する結果となった。

今後の研究の推進方策

まず大気汚染データの取得元である人工衛星の仕様変更に伴う再設計を最優先課題とし、既存のシステムやデータフローを見直すことで安定的かつ高精細なマルチモーダルデータを得る体制を整備する。その上で、構築した各AIモデルから得られる多次元出力を一元管理するプラットフォームを再整備し、多角的な要因を統合したデータ駆動型クラスタリングを行う予定である。これにより、従来の疾患概念を超えた新たな病態理解を確立し、個別化医療のさらなる発展を促すことを目指す。併せて、学会や論文投稿を通じて技術的・倫理的な課題を広く共有し、国内外の研究者や医療機関との連携を強化することで、患者の早期診断・治療に直結する研究開発サイクルを加速させる。

報告書

(2件)
  • 2024 実施状況報告書
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2025 2024

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

  • [雑誌論文] Deep Learning for Predicting Acute Exacerbation and Mortality of Interstitial Lung Disease2025

    • 著者名/発表者名
      Teramachi Ryo、Furukawa Taiki、Kondoh Yasuhiro、Karasuyama Masayuki、Hozumi Hironao、Kataoka Kensuke、Oyama Shintaro、Suda Takafumi、Shiratori Yoshimune、Ishii Makoto
    • 雑誌名

      Annals of the American Thoracic Society

      巻: 22 号: 5 ページ: 689-697

    • DOI

      10.1513/annalsats.202403-284oc

    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The providing multidisciplinary ILD diagnoses (PROMISE) study ? study design of the national registry of Japan facilitating interactive online multidisciplinary discussion diagnosis2024

    • 著者名/発表者名
      Kondoh Y, Furukawa T, Hozumi H, Suda T, Egashira R, Jokoh T, Fukuoka J, Kuwana M, Teramachi R, Fujisawa T, Hasegawa Y, Ogura T, Miyazaki Y, Oyama S, Teramukai S, Horiguchi G, Naito A, Inoue Y, Ichikado K, Bando M, Tomioka H, Nishioka Y, Chiba H, Ebina M, Nakanishi Y, Satoh K, Shiratori Y, Hashimoto N, Ishii M
    • 雑誌名

      BMC Pulmonary Medicine

      巻: 24 号: 1 ページ: 511-511

    • DOI

      10.1186/s12890-024-03232-1

    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 間質性肺炎と緩和ケアを中心としたプログラム医療機器開発の社会実装に向けた課題2025

    • 著者名/発表者名
      古川大記,大山慎太郎,横田秀夫
    • 学会等名
      バイオメディカルインターフェース・ワークショップ
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
  • [学会発表] AIがもたらす呼吸器診療の近未来2024

    • 著者名/発表者名
      古川大記
    • 学会等名
      日本呼吸ケア・リハビリテーション学会学術集会
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development and Evaluation of a Comprehensive Machine Learning Tool Differentiating Idiopathic Pulmonary Fibrosis from Other Interstitial Lung Diseases in the Japanese nationwide registry (PROMISE study).2024

    • 著者名/発表者名
      Taiki Furukawa,Yasuhiro Kondoh,Shintaro Oyama,Hideo Yokota,Ryo Teramachi,Hironao Hozumi,Yoshimune Shiratori,Yoshinori Hasegawa,Takafumi Suda,Makoto Ishii.
    • 学会等名
      ERS International Congress 2024
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Environmental Geomarker to Assess Impact on Hospitalization2024

    • 著者名/発表者名
      Kikue Sato,Taiki Furukawa,Daisuke Kobayashi,Shintaro Oyama,Yoshimune Shiratori
    • 学会等名
      Studies in Health Technology and Informatics
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 研究開発から社会実装へ2024

    • 著者名/発表者名
      古川大記
    • 学会等名
      第6回日本メディカルAI学会学術集会
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アカデミア発のメディカルAI開発における現状と課題2024

    • 著者名/発表者名
      古川大記,大山慎太郎
    • 学会等名
      第6回日本メディカルAI学会学術集会
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 間質性肺炎診療から考えるAIの活用と今後2024

    • 著者名/発表者名
      古川大記
    • 学会等名
      第10回日本呼吸ケア・リハビリテ-ション学会東海支部学術集会
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2023-04-18   更新日: 2025-12-26  

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