脳腫瘍の人工知能による画像-分子遺伝学診断技術の開発

• 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: 17H05308
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 木下 学 大阪大学, 医学系研究科, 講師 (40448064)
• 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: 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: 神経膠腫 / Radiomics / 深層学習 / 人工知能 / 脳腫瘍 / MRI / 分子診断技術

研究実績の概要

神経膠腫は中枢神経系に発生する希少がんで、手術・放射線治療・化学療法を組み合わせた集学的治療が実施されているが、予後不良な疾患である。神経膠腫は分子生物学的には数種類の異なった機序で発症していることが明らかになってきており、分子生物学的手法を用いた新たな病態理解・診断・治療のアプローチが求められている。
腫瘍の分子情報の取得には腫瘍組織の採取が必須であり、脳腫瘍の場合には開頭術という侵襲的な手技を経由する必要がある。このような侵襲的な手技を回避すべく、radiogenomicsもしくは人工知能という新規技術を発展させて、放射線画像という非侵襲的な診断技術で腫瘍の分子情報の取得を試みようとするのが本研究の主たる目的である。
本研究ではCNNによる人工知能を用いたMRIの画像特徴量抽出を行うため、自然画像からの画像特徴量抽出に優れているCNNである、AlexNetを上記解析システムに組み入れた。予備検討から、正常脳組織と脳腫瘍組織の識別においてAlexNetの第5層(conv5)まで畳み込まれた画像特徴が最も有用であることがわかった。
次にAlexNetから得られる第5層(conv5)の画像特徴量を用いて、IDH変異およびpTERT変異の推定アルゴリズム開発を行った。AlexNet-conv5の情報を付加しSupport vector machine(SVM)で解析した。その結果、従来法と比較してAlexNetから得られた画像特徴量を元データとすると10％の精度向上を確認することができた。
本研究結果では、AlexNetの神経膠腫画像特徴の抽出における有用性が証明された。

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。

研究成果

• [雑誌論文] T₂-FLAIR Mismatch Sign Is Caused by Long T₁ and T₂ of <i>IDH</i>-mutant, 1p19q Non-codeleted Astrocytoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita Manabu、Uchikoshi Masato、Sakai Mio、Kanemura Yonehiro、Kishima Haruhiko、Nakanishi Katsuyuki
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medical Sciences 巻: 20 号: 1 ページ: 119-123
  • DOI: 10.2463/mrms.bc.2019-0196
  • NAID: 130007993615
  • ISSN: 1347-3182, 1880-2206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of IDH and TERT promoter mutations in low-grade glioma from magnetic resonance images using a convolutional neural network (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukuma Ryohei、Yanagisawa Takufumi、Kinoshita Manabu、他
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56767-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Radiomics and MGMT promoter methylation for prognostication of newly diagnosed glioblastoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Takahiro、Kinoshita Manabu、他
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 14435-14435
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50849-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MicroRNA regulating stanniocalcin-1 is a metastasis and dissemination promoting factor in glioblastoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakata Junichi、Sasayama Takashi、Tanaka Kazuhiro、Nagashima Hiroaki、Nakada Mitsutoshi、Tanaka Hirotomo、Hashimoto Naoya、Kagawa Naoki、Kinoshita Manabu、Nakamizo Satoshi、Maeyama Masahiro、Nishihara Masamitsu、Hosoda Kohkichi、Kohmura Eiji
  • 雑誌名: Journal of Neuro-Oncology 巻: 142 号: 2 ページ: 241-251
  • DOI: 10.1007/s11060-019-03113-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Practical procedures for the integrated diagnosis of astrocytic and oligodendroglial tumors (2019)
  • 著者名/発表者名: Sonoda Yukihiko、The committee for molecular diagnosis of the Japan Society of Brain Tumor Pathology、Yokoo Hideaki、Tanaka Shinya、Kinoshita Manabu、Nakada Mitsutoshi、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: Brain Tumor Pathology 巻: in press 号: 2 ページ: 56-62
  • DOI: 10.1007/s10014-019-00337-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between normalized distributional pattern and functional outcome in patients with acute cardiogenic cerebral embolism (2019)
  • 著者名/発表者名: Takagaki Masatoshi、Kinoshita Manabu、Kawaguchi Atsushi、Murasawa Akira、Nakao Kazutami、Nakamura Hajime、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 号: 1 ページ: 0210709-0210709
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0210709
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 11C-methionine-18F-FDG dual-PET-tracer-based target delineation of malignant glioma: evaluation of its geometrical and clinical features for planning radiation therapy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirata T, Kinoshita M, Tamari, Seo Y, Suzuki O, Wakai N, Achiha T, Umehara T, Arita H, Kagawa N, Kanemura Y, Shimosegawa E, Hashimoto N, Hatazawa J, Kishima H, Teshima T, Ogawa K.
  • 雑誌名: Journal of Neurosurgery 巻: 21 号: 3 ページ: 1-11
  • DOI: 10.3171/2018.4.jns1859
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Carotid artery stenting for patients with occipital?vertebral anastomosis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kajikawa Ryuichiro、Fujinaka Toshiyuki、Nakamura Hajime、Kinoshita Manabu、Nishida Takeo、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: Interventional Neuroradiology 巻: 25 号: 2 ページ: 212-218
  • DOI: 10.1177/1591019918802924
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics and outcomes of elderly patients with diffuse gliomas: a multi-institutional cohort study by Kansai Molecular Diagnosis Network for CNS Tumors (2018)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Takahiro、Fukai Junya、Kodama Yoshinori、et al
  • 雑誌名: Journal of Neuro-Oncology 巻: 140 号: 2 ページ: 329-339
  • DOI: 10.1007/s11060-018-2957-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lesion location implemented magnetic resonance imaging radiomics for predicting IDH and TERT promoter mutations in grade II/III gliomas (2018)
  • 著者名/発表者名: Arita Hideyuki、Kinoshita Manabu、Kawaguchi Atsushi、Takahashi Masamichi、Narita Yoshitaka、Terakawa Yuzo、Tsuyuguchi Naohiro、Okita Yoshiko、Nonaka Masahiro、Moriuchi Shusuke、Takagaki Masatoshi、Fujimoto Yasunori、et al.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 11773-11773
  • DOI: 10.1038/s41598-018-30273-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stereotactic image?based histological analysis reveals a correlation between 11C?methionine uptake and MGMT promoter methylation in non?enhancing gliomas (2018)
  • 著者名/発表者名: Okita Yoshiko、Shofuda Tomoko、Kanematsu Daisuke、Yoshioka Ema、Kodama Yoshinori、Mano Masayuki、Kinoshita Manabu、Nonaka Masahiro、Nakajima Shin、Fujinaka Toshiyuki、Kanemura Yonehiro
  • 雑誌名: Oncology Letters 巻: NA ページ: 1924-1930
  • DOI: 10.3892/ol.2018.8866
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of surgery with salvage stereotactic radiosurgery versus surgery with whole-brain radiation therapy in patients with one to four brain metastases (JCOG0504): A Phase III, noninferiority, randomized controlled trial (2018)
  • 著者名/発表者名: Kayama Takamasa、Sato Shinya、Sakurada Kaori、et al
  • 雑誌名: Journal of Clinical Oncology 巻: 36 号: 33 ページ: 3282
  • DOI: 10.1200/jco.2018.78.6186
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enlargement of papillary glioneuronal tumor in an adult after a follow-up period of 10 years: a case report (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujita Yuya、Kinoshita Manabu、Ozaki Tomohiko、Kitamura Masanori、Nakatsuka Shin-ichi、Kanemura Yonehiro、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: Journal of Surgical Case Reports 巻: 2018 号: 6
  • DOI: 10.1093/jscr/rjy123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coil and Single-Stent Placement for Ruptured Dissecting Aneurysm of Middle Cerebral Artery: A Case Report (2018)
  • 著者名/発表者名: Ozaki Tomohiko、Nishida Takeo、Fujita Yuya、Kishima Haruhiko、Kinoshita Manabu
  • 雑誌名: World Neurosurgery 巻: 113 ページ: 208-211
  • DOI: 10.1016/j.wneu.2018.02.117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of region-of-interest designs on quantitative measurement of multimodal imaging of MR non-enhancing gliomas (2018)
  • 著者名/発表者名: Takano Koji、Kinoshita Manabu、Arita Hideyuki、Okita Yoshiko、Chiba Yasuyoshi、Kagawa Naoki、Watanabe Yoshiyuki、Shimosegawa Eku、Hatazawa Jun、Hashimoto Naoya、Fujimoto Yasunori、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: Oncology Letters 巻: 15 ページ: 7934-7940
  • DOI: 10.3892/ol.2018.8319
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Voxel-based lesion mapping of meningioma: a comprehensive lesion location mapping of 260 lesions (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirayama Ryuichi、Kinoshita Manabu、Arita Hideyuki、Kagawa Naoki、Kishima Haruhiko、Hashimoto Naoya、Fujimoto Yasunori、Yoshimine Toshiki
  • 雑誌名: Journal of Neurosurgery 巻: ― 号: 6 ページ: 1-6
  • DOI: 10.3171/2017.3.jns17169
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preservation of Motor Function After Resection of Lower-Grade Glioma at the Precentral Gyrus and Prediction by Presurgical Functional Magnetic Resonance Imaging and Magnetoencephalography (2017)
  • 著者名/発表者名: Izutsu Nobuyuki、Kinoshita Manabu、Yanagisawa Takufumi、Nakanishi Katsuhiko、Sakai Mio、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: World Neurosurg. 巻: 107 ページ: 1045.e5-1045.e8
  • DOI: 10.1016/j.wneu.2017.07.152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intracranial stenting for nilotinib treatment-associated cerebrovascular stenosis in chronic myeloid leukemia (2017)
  • 著者名/発表者名: Ozaki Tomohiko、Nakamura Hajime、Izutsu Nobuyuki、Masaie Hiroaki、Ishikawa Jun、Kinoshita Manabu
  • 雑誌名: Interv Neuroradiol 巻: 23 号: 5 ページ: 527-530
  • DOI: 10.1177/1591019917710810
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diagnostic Accuracy of Neuroimaging to Delineate Diffuse Gliomas within the Brain: A Meta-Analysis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Verburg N, Hoefnagels FWA, Barkhof F, Boellaard R, Goldman S, Guo J, Heimans JJ, Hoekstra OS, Jain R, Kinoshita M, Pouwels PJW, Price SJ, Reijneveld JC, Stadlbauer A, Vandertop WP, Wesseling P, Zwinderman AH, De Witt Hamer PC.
  • 雑誌名: American Journal of Neuroradiology 巻: in press 号: 10 ページ: 1884-1891
  • DOI: 10.3174/ajnr.a5368
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Voxel-Based Lesion Mapping of Cryptogenic Stroke in Patients with Advanced Cancer: A Detailed Magnetic Resonance Imaging Analysis of Distribution Pattern (2017)
  • 著者名/発表者名: Achiha T, Takagaki M, Oe H, Sakai M, Matsui H, Nakanishi K, Ozaki T, Fujimoto Y, Yoshimine T, Nakanishi K, Kinoshita M
  • 雑誌名: J Stroke Cerebrovasc Dis 巻: Epub ahead of print 号: 7 ページ: 1521-1527
  • DOI: 10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2017.02.038
  • 査読あり
• [学会発表] 悪性神経膠腫の「増悪」判定の意味するものとは? (2020)
  • 著者名/発表者名: 木下 学
  • 学会等名: 第39回医用画像学会
  • 招待講演
• [学会発表] グリオーマの画像診断と遺伝子解析・病理 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木下 学
  • 学会等名: 第43回日本脳神経CI学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Radiomicsの展開と 大規模臨床データの利用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木下 学
  • 学会等名: 第9回 画像医療システム産業研究会
• [学会発表] 膠芽腫のRadiogenomics (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下 学
  • 学会等名: 第39回日本脳神経外科コングレス総会
  • 招待講演
• [学会発表] Radiomics in Glioma (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下 学
  • 学会等名: 第78回日本医学放射線学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Imapact of 11C-methionine/FDG dural tracer PET-based, compared with MRI-based target delination of malignant gliomas for radiation planning. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M, Hirata T, Tamari K, Seo Y, Suzuki O, Wakai N, Achiha T, Umehara T, Arita H, Kagawa N, Kanemura Y, Shimosegawa E, Hashimoto N, Hatazawa J, Kishima H, Teshima T, Ogawa
  • 学会等名: ociety for Neuro-onclogy (SNO) meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Radiogenomics of 154 WHO grade 2 and 3 gliomas via machine learning and the impact of texture analysis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M, Arita H, Kawaguchi A, Takahashi M, Narita Y, Terakawa Y, Tsuyuguchi N, Okita Y, Nonaka M, Moriuchi S, Fukai J, Izumoto S, Ishibashi K, Kodama Y, Mori K, Ichimura K, Kanemura Y
  • 学会等名: International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) 26th Scientific Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Radionomic analysis of WHO grade 2 and 3 gliomas with genetic subgroup prediction. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M, Arita H, Takahashi M, Narita Y, Terakawa Y, Tsuyuguchi N, Okita Y, Nonaka M, Moriuchi S, Fukai J, Izumoto S, Ishibashi K, Kodama Y, Mori K, Ichimura K, Kanemura Y
  • 学会等名: Society for Neuro-onclogy (SNO) meeting.
  • 国際学会