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X線動画イメージングによる胸郭・横隔膜運動ならびに肺機能評価の試み

公募研究

研究領域医用画像に基づく計算解剖学の多元化と高度知能化診断・治療への展開
研究課題/領域番号 17H05286
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関金沢大学

研究代表者

田中 利恵  金沢大学, 保健学系, 准教授 (40361985)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード画像 / X線 / 放射線 / 情報工学 / 生理学 / 医学物理学
研究実績の概要

本研究では,胸部領域の筋・骨格・臓器・組織の動態機能の中でも,呼吸機能と密接な関係のある肋骨を含めた胸郭運動ならびに横隔膜運動に注目した.その動態機能の理解と評価を可能にする画像解析法を開発するために,今年度は「横隔膜運動の理解:正常な胸郭・横隔膜運動のパターン化と異常な胸郭・横隔膜運動の特徴ならびに肺野内濃度変化との関連の検証」に取り組んだ.
対象は,基礎疾患として慢性閉塞性肺疾患(COPD),間質性肺炎,肺線維症,気管支喘息,気胸,肺癌,心不全,脊椎側弯症などを有する125症例(2015年12月~2017年10月に撮影,うち60症例は肺葉切除等の手術前後で撮影)ならびに,豚の無気肺モデル(6匹)とした.管電圧120 kV,パルス線量4.0 mAs/pulse,撮影レート15 fps,撮影距離2.0mにて,呼吸過程を10秒間撮影し,合計150枚のX線動画像を取得した.今回は新たに深層学習を用いた胸部X線動画像のための肺セグメンテーション技術を開発し,呼吸による肺面積変化や変化率を解析項目に加えた.臨床研究では,肺面積変化や変化率と肺機能(肺活量)との間に高い相関があることを確認した.また,肺機能障害を肺面積変化量の減少として検出できることを明らかにした.さらに,肺葉切除症例については切除部位と手術前後変化の関連を検証し,術後の経過観察における横隔膜運動計測の有用性を示す結果を得た.豚の無気肺モデルを対象とした動物実験では,異常肺の横隔膜・胸郭運動が健側肺に比べて有意に減少することを確認した.これらの研究成果を国内外の学会で発表し,英語論文2本として公開した.さらに本研究の成果の一部を実用化につなげた.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件) 図書 (2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] デューク大学/ノースカロライナ大学(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Duku University/North Carolina University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Detection of pulmonary embolism based on reduced changes in radiographic lung density during cardiac beating using dynamic flat-panel detector: an animal-based study2019

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Tsutomu Yoneyama, Shigeru Sanada
    • 雑誌名

      Academic Radiology

      巻: Online 号: 10 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1016/j.acra.2018.12.012

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recovery of 3D rib motion from dynamic chest radiography and CT data using local contrast normalization and articular motion model2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Hiasa, Yoshito Otake, Rie Tanaka, Shigeru Sanada, Yoshinobu, Sato. Recovery of 3D rib motion from dynamic chest radiography and CT data using local contrast normalization and articular motion model
    • 雑誌名

      Medical Image Analysis

      巻: 51 ページ: 144-156

    • DOI

      10.1016/j.media.2018.10.002

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Lung segmentation based on a deep learning approach for dynamic chest radiography2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kitahara, Rie Tanaka, Holger R. Roth, Hirohisa Oda, Kensaku Mori, Kazuo Kasahara, Isao Matsumoto
    • 雑誌名

      Proc. SPIE 10950, Medical Imaging 2019: Computer-aided diagnosis

      巻: 109503M ページ: 1-7

    • DOI

      10.1117/12.2512711

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamic chest radiography for pulmonary function diagnosis: A validation study using 4D extended cardiac-torso (XCAT) phantom2019

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Ehsan Samei, William Paul Segars, Ehsan Abadi, Holger Roth, Hirohisa Oda, Kensaku Mori
    • 雑誌名

      Proc. SPIE 10948, Medical Imaging 2019: Physics of Medical Imaging

      巻: 109483I ページ: 1-8

    • DOI

      10.1117/12.2512332

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computerized Evaluation of the Rib Kinetics and Pulmonary Function based on the Rib and Diaphragm motion by Dynamic Chest Radiography2019

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Kazuo Kasahara, Isao Matsumoto, Shigeru Sanada
    • 雑誌名

      Proceedings of the 5th international symposium on the project “Multidisciplinary computational anatomy”

      巻: - ページ: 141-145

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Pulmonary function diagnosis based on respiratory changes in lung density with dynamic flat-panel detector imaging: An animal-based study2018

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Tsutomu Yoneyama, Shigeru Sanada
    • 雑誌名

      Investigative Radiology

      巻: 53 号: 7 ページ: 417-423

    • DOI

      10.1097/rli.0000000000000457

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 胸部X線画像を用いた畳み込みニューラルネットワークによる肋骨2D-3D 位置合わせの自動初期化2018

    • 著者名/発表者名
      椛島基嵩,日朝祐太,大竹義人,田中利恵,真田茂,佐藤嘉伸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 117 ページ: 5-8

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] 一軸性関節による肋骨運動の制約付き2D-3D位置合わせ精度の評価2017

    • 著者名/発表者名
      日朝祐太,大竹義人,田中利恵,横田太,真田茂,佐藤嘉伸
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 116 ページ: 7-12

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Computerized method to compensate a breathing body motion in dynamic chest radiographs2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Matsuda, Rie Tanaka, Shigeru Sanada
    • 雑誌名

      Proc. SPIE 10137, Medical Imaging 2017: Biomedical Applications in Molecular, Structural, and Functional Imaging

      巻: 101371Q ページ: 101371Q-101371Q

    • DOI

      10.1117/12.2254359

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Time-series analysis of the lung texture on bone-suppressed dynamic chest radiography for the evaluation of pulmonary function: a preliminary study2017

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Hiroaki Matsuda, Shigeru Sanada
    • 雑誌名

      Proc. SPIE 10137, Medical Imaging 2017: Biomedical Applications in Molecular, Structural, and Functional Imaging

      巻: 101371R ページ: 101371R-101371R

    • DOI

      10.1117/12.2254377

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 3.次世代FPDイメージング.IV. 総論.Digital Radiographyの将来展望.特集 FPDの進化とDigital Radiographyの新次元【静止画編】2017

    • 著者名/発表者名
      田中利恵
    • 雑誌名

      INNERVISION

      巻: 32 ページ: 70-73

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Visceral Pleural Invasion of Lung Tumor Using Oblique Views of Dynamic Chest Radiography: a Computer-based Phantom Study2019

    • 著者名/発表者名
      Nozomi Ishihara, Rie Tanaka, Ehsan Samei, William Paul Segars, Ehsan Abadi, Isao Matsumoto, Masaya Tamura, Junsei Horii, Yukihiro Matsuura
    • 学会等名
      The 52nd Annual Meeting of the Taiwan Society of Radiological Technologists (TWSRT) and the International Conference of Medical Imaging
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lung segmentation based on a deep learning approach for dynamic chest radiography.2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki Kitahara, Rie Tanaka, Holger R. Roth, Hirohisa Oda, Kensaku Mori, Kazuo Kasahara, Isao Matsumoto
    • 学会等名
      International society for optics and photonics (SPIE), Medical imaging 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic chest radiography for pulmonary function diagnosis: A validation study using 4D extended cardiac-torso (XCAT) phantom2019

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Ehsan Samei, William Paul Segars, Ehsan Abadi, Holger Roth, Hirohisa Oda, Kensaku Mori
    • 学会等名
      International society for optics and photonics (SPIE), Medical imaging 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pulmonary perfusion diagnosis based on time-series analysis of X-ray translucency with dynamic flat-panel detector imaging: an animal-based study2018

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Sho Noji, Tsutomu Yoneyama, Sanada Shigeru
    • 学会等名
      International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pulmonary function diagnosis based on diaphragm movement with dynamic flat-panel detector imaging: an animal-based study2018

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Sho Noji, Tsutomu Yoneyama, Haruna Kawakami, Shigeru Sanada
    • 学会等名
      第74回日本放射線技術学会総会学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Pulmonary perfusion diagnosis based on temporal changes in X-ray translucency with dynamic flat-panel detector imaging: an animal-based study2018

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Sho Noji, Tsutomu Yoneyama, Shigeru Sanada
    • 学会等名
      第74回日本放射線技術学会総会学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 胸部X線動画像を対象とした深層学習による肺野セグメンテーション2018

    • 著者名/発表者名
      北原侑季,田中利恵,Roth Holger,小田紘久,森健作,笠原寿朗,松本勲
    • 学会等名
      放射線技術科学教育系 第8回全国大学交流夏季研修会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 4D extended cardiac-torsophantomを用いた胸部X線動態撮影の撮影方向の検討2018

    • 著者名/発表者名
      石原のぞみ,田中利恵,Ehsan Samei, Paul William Segars, Ehsan Abadi
    • 学会等名
      放射線技術科学教育系 第8回全国大学交流夏季研修会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 胸部X線動態撮影による血流動態解析の基礎的検討:肺血流計測能の評価2018

    • 著者名/発表者名
      浅野友希,田中利恵
    • 学会等名
      第11回中部放射線医療技術学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 仮想人体ファントム(4D extended cardiac-torso phantom)を用いた胸部X線動態撮影の撮影方向の検討2018

    • 著者名/発表者名
      石原のぞみ,田中利恵,Ehsan Samei,William Paul Segars, Ehsan Abadi
    • 学会等名
      第11回中部放射線医療技術学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Pulmonary function diagnosis based on diaphragm movement using dynamic flat-panel detector imaging: An animal-based study2018

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Shikou Kaneko, Sho Noji, Tsutomu Yoneyama, Sanada Shigeru
    • 学会等名
      International society for optics and photonics (SPIE) 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pulmonary function diagnosis based on temporal changes in lung density with dynamic flat-panel detector (FPD) imaging: An animal-based study2017

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Shikou Kaneko, Sho Noji, Tsutomu Yoneyama, Sanada Shigeru
    • 学会等名
      RSNA 103rd Scientific Assembly and Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Horii, Yukihiro Matsuura, Sanada Shigeru. Dynamic chest radiography for follow-up assessment of diaphragm movement2017

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Isao Matsumoto, Masaya Tamura, Shuhei Yoshida, Seiichi Kakegawa, Kazuo Kasahara, Shikou Kaneko, Shintaro Muraoka, Tsutomu Yoneyama, Junsei Horii, Yukihiro Matsuura, Sanada Shigeru
    • 学会等名
      RSNA 103rd Scientific Assembly and Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fundamental of Dynamic chest radiography: Low-dose and high performance functional imaging2017

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka
    • 学会等名
      4th World Congress of Thoracic Imaging
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dynamic chest radiography for pulmonary function diagnosis based on temporal changes in lung density: an animal-based study2017

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Shikou Kaneko, Sho Noji, Tsutomu Yoneyama, Sanada Shigeru
    • 学会等名
      International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of “Dynamic chest radiography (DCXR)”2017

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka
    • 学会等名
      Korean Society of Radiological Science conference 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 胸部X線画像を用いた畳み込みニューラルネットワークによる肋骨2D-3D 位置合わせの自動初期化2017

    • 著者名/発表者名
      椛島基嵩,日朝祐太,大竹義人,田中利恵,真田茂,佐藤嘉伸
    • 学会等名
      電子情報通信学会 医用画像研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 胸部X線動画像を対象とした横隔膜運動計測による肺ボリューム変化推定:動物実験による検証2017

    • 著者名/発表者名
      川上春菜,田中利恵,谷 徹,新田哲久,田畑貴久,松谷哲嗣,村岡慎太郎,金子志行,野地翔,米山努,真田茂
    • 学会等名
      第45回日本放射線技術学会秋季学術大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 胸部X線動画像を対象とした横隔膜運動計測による肺ボリューム変化推定:動物実験による検証2017

    • 著者名/発表者名
      川上春菜,田中利恵
    • 学会等名
      放射線技術科学教育系 第7回全国大学交流夏季研修会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 胸部X線動画像の機能情報にもとづく投影部位自動認識法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      宋佳子,田中利恵
    • 学会等名
      放射線技術科学教育系 第7回全国大学交流夏季研修会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Dynamic chest radiography for follow-up assessment of diaphragmatic movement2017

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Isao Matsumoto, Shuhei Yoshida, Seiichi Kakegawa, Shikou Kaneko, Shintaro Muraoka, Tsutomu Yoneyama, Kazuo Kasahara, Junsei Horii, Yukihiro Matsuura, Shigeru Sanada, Toshifumi Gabata
    • 学会等名
      第73回日本放射線技術学会総会学術大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Measurement capability of regional pulmonary function in dynamic chest radiography: a preliminary study in pigs2017

    • 著者名/発表者名
      Rie Tanaka, Tohru Tani, Norihisa Nitta, Takahisa Tabata, Noritsugu Matsutani, Shintaro Muraoka, Shikou Kaneko, Sho Noji, Tsutomu Yoneyama, Sanada Shigeru.
    • 学会等名
      第73回日本放射線技術学会総会学術大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 一軸性関節による肋骨運動の制約付き2D-3D位置合わせ精度の評価2017

    • 著者名/発表者名
      日朝祐太,大竹義人,田中利恵,横田太,真田茂,佐藤嘉伸
    • 学会等名
      電子情報通信学会 医用画像研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 第3章-9 肺機能評価/多元計算解剖学の基礎と臨床への応用 橋爪 誠(著)2018

    • 著者名/発表者名
      田中利恵(分担執筆)
    • 出版者
      誠文堂新光社
    • ISBN
      4416518242
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] 多元計算解剖の基礎と臨床への応用2018

    • 著者名/発表者名
      橋爪 誠 (第3章-10 肺機能評価 田中利恵)
    • 総ページ数
      303
    • 出版者
      誠文堂新光社
    • ISBN
      4416518242
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 金沢大学大学院医薬保健学総合研究科保健学専攻 田中研究室

    • URL

      http://tanakalab.w3.kanazawa-u.ac.jp

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 放射線画像解析装置及び放射線画像解析システム2018

    • 発明者名
      村岡慎太郎,笠原寿郎,松本勲,田中利恵,他3名
    • 権利者名
      コニカミノルタ株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-084693
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-02-28  

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