| 研究課題/領域番号 |
15K08689
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| 研究機関 | 筑波技術大学 |
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研究代表者 |
松下 昌之助 筑波技術大学, 保健科学部, 教授 (70359579)
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| 研究分担者 |
平松 祐司 筑波大学, 医学医療系, 教授 (30302417)
徳永 千穂 筑波大学, 学内共同利用施設等, 病院講師 (30451701)
坂本 裕昭 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (30611115)
兵藤 一行 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (60201729)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 放射光 / 血管造影 / 肺がん / 早期発見 / ラット / 腫瘍血管 / 微小癌 / 転移性腫瘍 |
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| 研究実績の概要 |
１）肺癌は全世界において死因の第1位であり、肺癌の早期画像診断の新しいモダリティが求められていることを背景に、放射光血管造影で微小肺癌の検出とその方法の改善をめざす研究である。肺癌の実験モデルには、自然発生肺癌は得がたいため、転移性腫瘍モデルを選択した。ラット癌腫にはglioblastomaであるC6細胞と大腸癌腫であるRCN9細胞を用いた。肺組織への生着を促すため免疫抑制剤FK-506を使用した。
２）放射光血管造影は、高空間分解能を得るため高エネルギー加速器研究機構の放射光線源を用い、高濃度分解能と高時間分解能を得るためNHK放送技術研究所のHARP受像管を用いる。これにより、先行研究では径500μmの腫瘍を、造影剤の遅延現象で診断することができた。これを基盤として計測法の自動診断、腫瘍組織による相違、リンパ節との鑑別、転移性リンパ節との鑑別を目指すものである。
３）H29年度は、高エネルギー加速器研究機構の放射光施設であるPF-ARの故障によるシャットダウンの影響で、実験時間が大幅に短縮となり、実験を十分に行うことはできなかった。H29年度は、腫瘍細胞はRCN9細胞を用いた。病理所見では、前年度のC6細胞による転移性腫瘍では容易に腫瘤性の形状を示すのに対し、RCN9細胞では、肺胞にややびまん性に腫瘍細胞が展開する傾向がみられた。RCN9細胞においても腫瘍内に血管が多く見られた。
４）新しい知見・・・放射光血管造影で検出される微小な腫瘤様陰影が真の腫瘍性腫瘤であるか、あるいはリンパ節であるかという鑑別点は、解決すべき問題である。H29年度の画像解析において造影剤の時間分解能を対象に、手掛かりとなる知見がえられた。
５）上記のデータを得るには、腫瘤様陰影に対する確実な追従性が必要である。現在のところ、まだソフトウェアのみによる十分な腫瘤様陰影追従性が得られておらず、マニュアルで処理を行っている。H30年度では、改善に努めたい。
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| 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
本研究の放射光血管造影は、高エネルギー加速器研究機構（茨城県つくば市）のPF、およびPF-ARという2つの放射光施設で行われる。全国の他分野の放射光利用者がこの2施設に集中しているが、H29年度はPF-ARの故障によりその使用が著しく制限され、そのため残るPFに利用者が集中し、結果として本研究に十分な使用時間が配分されなかった。また、高濃度分解能を有するHARP受像管を用いた実験は、12月の2日間しか行うことはできなかった。
腫瘍細胞はRCN9細胞を用い、SDラット1匹あたり、1×10^6個頸静脈より注入し、腫瘍の肺への生着を促すため、免疫抑制剤FK-506を用いた。放射光血管造影にあたっては、人工呼吸器と筋弛緩剤を用いて一時的に呼吸を停止させ、画像の呼吸性移動を止めたが、心拍動は継続しており、心拍動による画像の移動への影響は避けがたい。これに対応するため、画像追従のソフトウェアを日立製作所中央研究所と協同で作成した。輝度の二値化アルゴリズムにより一定の血管の形状をtemplateとして画像を追従するが、一方で造影輝度の限界があり、動脈造影と異なり、造影剤が希釈される肺動脈造影では正確な追従性を得るのは困難であることが判明した。追跡アルゴリズムのプラグインなど、なんらかの方法で改善を図る必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
１）実験回数の制限下での研究の進め方・・・高エネルギー加速器研究機構放射光施設（PF, PF-AR）では、電気代の高騰、設備の老朽化などの理由で実施期間の減少が図られる一方で、研究チームは増加しており、実験回数が増加することはほぼ見込めない状況が予想される。そのため、今まで得られた画像を全面的に再検討することも大切な手法と考えられる。画像上の肺動脈（近位部、末梢）、肺静脈（近位部、末梢、分岐部）、腫瘤様陰影（腫瘍、リンパ節、リンパ節転移）などの多数の点で、濃度－時間の二次元分布のデータベースを作成する。
２）腫瘍細胞の特徴を病理所見と対応した検討・・・H29年度は、腫瘍細胞は大腸癌腫であるRCN9細胞のみであったが、H30年度は元来腫瘍性血管に富むglioblastoma由来のC6細胞も用い、腫瘍形態による相違を調べる。濃度－時間の二次元分布と病理組織との対応を行う。それを踏まえて、画像上から、腫瘍塊、リンパ節、転移性リンパ節の違いを明らかにできるようにする。
３）自動追跡ソフトウェアの改善・・・自動判定を行うには、位置固定ソフトウェアによる正確な腫瘤性陰影の追随性の確保が重要である。現在、造影剤の輝度の関係で十分な追従性が得られていない。画像処理の技術に習熟して追従性の確保をはかる。加えて、ハイビジョン分解能をデジタルに分割して、AIの手法を用いて自動解析への道筋を探る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成29年度は、高エネルギー加速器研究機構での実験回数が少なかったため、それに伴う実験費用が予定より余り、平成30年度使用額が生じた。平成30年度は実験回数の回復を目指すとともに、今までのデータを処理するために研究費が使用される。具体的には、従来の実験費用に加え、①画像処理法の改善のため、位置追従ソフトウェアの改正、プラグイン・ソフトウェアへの使用、②組織標本の追加解析、免疫染色（蛍光）、腫瘍および担癌微小環境組織の遺伝子解析、③放射光以外の画像解析に用いられる予定である。
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