牽引性気管支拡張の定量的評価

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K10350
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 冨永 循哉 東北大学, 医学系研究科, 講師 (20375067)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 牽引性気管支拡張 / 間質性肺炎 / 定量評価

研究実績の概要

牽引性気管支拡張を評価する上で、CT撮像したDICOMデータより気管支を抽出する必要がある。その際に、画像処理ソフトを用いて気管支樹を抽出する。次いで、気管支対応アルゴリズムを用いて異なる時期の同一気管支をマッチングさせ、それぞれの区間の平均断面積、曲率を比較できるように併記してExcel fileにデータ出力を行う。
以上のように、CTのDICOMデータより気管支データから気管支を抽出し、気管支拡張と曲率の経時的変化を再現性があり、客観的に評価するシステムを構築した。
前段階の気管支を抽出する方法として、閾値設定法による普及型ソフトScan IPを用いて試みたが、多くの症例で蜂巣肺といった背景肺の異常所見が妨げとなり、気管支の抽出が困難であった。そこで、Persistent Homologyを応用し、蜂巣肺などの気管支抽出の妨げとなる構造を取り除くアルゴリズムを作成することを次の目標とした。しかしながら、このアルゴリズムを構築するには種々の問題を解決する必要があり、研究期間中の対応が困難であることが判明した。次いで、商業ベースの画像解析ソフトウエアZio Stationを用いることで気管支の抽出を行った。対象は合計251例、832検査分であった。大量の画像処理を行う必要があって、作業に5ヶ月を要したが、最終的に本年度をもって対象の画像処理が終了した。今後は、抽出した気道データを気管支対応アルゴリズムで解析することを目標としている。更に、解析結果を基に気道の変化と予後など臨床所見との関連を調べ、その結果を学会や学術論文で公表、発表する予定である。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

多くの症例で気管支の抽出が困難であった。これを解決するため、Persistent Homologyを応用したアルゴリズムを開発する方針としたが、研究期間中の対応が困難であることが判明した。その後、商業ベースの画像解析ソフトウエアZio Stationを用いることで、対象症例全例の気道抽出が可能となった。一方で、気管支対応アルゴリズムによる解析は始まったばかりであり、研究の進捗としてはやや遅延している状況である。

今後の研究の推進方策

現在、臨床研究として、「線維性間質性肺炎急性増悪における牽引性気管支拡張の数学的評価」（公立陶生病院呼吸器・アレルギー疾患内科と共同研究）と「急性呼吸促迫症候群における数学的パラメータを用いた気道拡張の変化と予後の関連」（済生会熊本病院呼吸器内科と共同研究）が進行中であり、既にいずれの研究においても気管支の抽出が終了した状態である。今後、気管支対応アルゴリズムを用いて画像解析を進める段階となっている。

次年度使用額が生じた理由

今後、気管支対応アルゴリズムを用いて画像解析を行う予定である。既に構築した技術であり、更なる改良が必要か実際の症例を用いて判断することになる。そのため、改良の必要があった場合に使用するディスクトップPCやノート型PCの購入を差し控えている。改良の必要が有りと判断した場合、これらの備品を購入する予定である。