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2019 年度 実績報告書

食道胃腸摘出標本に対するマルチモーダル計測による高次マクロ病理情報の獲得と解析

研究課題

研究課題/領域番号 19H01172
研究機関千葉大学

研究代表者

羽石 秀昭  千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (20228521)

研究分担者 林 秀樹  千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (20312960)
池田 純一郎  千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (20379176)
大西 峻  千葉大学, フロンティア医工学センター, 助教 (30706833)
上里 昌也  千葉大学, 大学院医学研究院, 講師 (70436377)
中野 和也  宮崎大学, キャリアマネジメント推進機構, 助教 (80713833)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードマクロ病理 / マルチモダリティ / 光計測 / マイクロCT / 位置合わせ技術
研究実績の概要

本研究では、ヒト、小動物などからの摘出標本を対象に、複数の光学計測装置・画像撮影装置およびマイクロCTを用いて取得した情報を解析して、将来的な診断能・治療能の向上を目指す。研究内容として、それらマルチモーダルな計測を行うためのシステムを構築すること、得られた情報の処理技術を構築すること、ならびに、それら信号間の相関性や、従来のミクロな病理画像との相関性を分析することを含む。本研究は巨視と微視の間の関係を、高次マクロ病理情報を用いてホワイトボックス化することを目指すものである。2019年度から2020年度末にかけての研究業績は以下のようにまとめられる。
【ラマン分光+OCTシステムの構築と画像解析】腫瘍のマクロな情報として、ラマン分光特性およびOCT画像を取り上げ、初期検討としてこのマルチモーダルシステムを構築し、腫瘍組織および非腫瘍組織の計測を行った。その結果、各モダリティの取得信号から2つの組織で特性が異なることが確認され、腫瘍と非腫瘍判別が可能であると示唆された。
【病理標本の光学像と超音波像のマルチモーダル分析】本項では、脳腫瘍病理標本に対して、超音波装置で計測する音響特性と光学病理像との関係系を解析した。病理画像診断において腫瘍の悪性度の指標となる細胞核密度や微小血管増殖と超音波計測値の関係性に着目した。2つのモダリティで得られる特徴量間の関連性に関して知見が得られた。
【マルチバンド光学像の消化器外科応用】食道がんの摘出標本に対するマルチバンド撮影を行い、分光反射率の解析を行った。このデータに基づき、特に低濃度のルゴール染色からでも、腫瘍領域の識別ができる可能性を示した。
【マイクロCTの画像解析技術】ディープラーニングを用いて3次元マイクロCT画像から血管領域を抽出する技術を開発した。この技術はマクロ病理情報を用いた網羅的検索の基礎になる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ラマン分光、OCT、デジタル顕微鏡等の光学的マルチモーダルデータ収集が可能なシステムを構築した。また複数のマルチモーダル計測と解析を実施したほか、マイクロCT画像解析技術も構築できた。さらに食道がん摘出標本を用いた研究から治療支援につながる技術を提示することができた。これらの業績は2つの高インパクトファクター論文誌にも掲載になり、概ね順調と言える。

今後の研究の推進方策

【光学系計測データの解析】生体への展開を考え、実験が容易なヒト皮膚のディジタル顕微鏡画像、OCT画像および反射型共焦点顕微鏡画像の解析を行い、情報の融合方法を研究する。
【マイクロCTによる再構成と解析】2020年度に導入したマイクロCTを用い、機械学習による超解像技術の研究開発を進める。またマイクロCTの画像解析として、大腸標本を対象とした微小血管およびリンパ管の3次元可視化技術これら脈管の抽出アルゴリズムを改善する。
【データ分析・機序分析】マルチモーダルなデータから、高次マクロ病理情報と、ミクロな特徴量との関連性を分析する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Memorial Sloan Kettering Cancer Center(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Memorial Sloan Kettering Cancer Center
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Vessel Segmentation in Whole-Tissue and Whole-Block Imaging Using a Deep Neural Network2021

    • 著者名/発表者名
      Ohnishi Takashi、Teplov Alexei、Kawata Noboru、Ibrahim Kareem、Ntiamoah Peter、Firat Canan、Haneishi Hideaki、Hameed Meera、Shia Jinru、Yagi Yukako
    • 雑誌名

      The American Journal of Pathology

      巻: 191 ページ: 463~474

    • DOI

      10.1016/j.ajpath.2020.12.008

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Design of Multiband Switching Illumination With Low-Concentration Lugol Stain for Esophageal Cancer Detection2020

    • 著者名/発表者名
      Nakano Kazuya、Saito Yu、Kurabuchi Yoko、Ohnishi Takashi、Ota Satoshi、Uesato Masaya、Haneishi Hideaki
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 8 ページ: 216043~216054

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2020.3041229

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Prototyping and Medical Application of Spectrally Tunable LED Light Source2020

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Haneishi, Yoko Kurabuchi, Markku Hauta-Kasari
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The roles of deep neural network in micro CT for pathological diagnosis: case of lymph node segmentation2020

    • 著者名/発表者名
      T. Ohnishi, A. Teplov, N. Kawata, B. Stueben, P. Ntiamoah, C. Firat, H. Haneishi, M. Hameed, J. Shia, Y. Yagi
    • 学会等名
      CARS 2020
  • [学会発表] 少数投影方向マイクロ CT 像の補正手法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      岡本尚之, 大西峻, 羽石秀昭
    • 学会等名
      第39回 日本医用画像工学会大会
  • [学会発表] 病理診断支援に向けたラマン分光法-OCTシステムの構築2020

    • 著者名/発表者名
      植田祐未, 中野和也, 大西峻, 立川華子, 廣野誠一郎, 岩立康男, 羽石秀昭
    • 学会等名
      メディカルイメージング連合フォーラム2020
  • [学会発表] 脳腫瘍の顕微超音波計測値と病理学的特徴との関係解析の基礎検討2020

    • 著者名/発表者名
      松本大輝, 大西峻, 中野和也, 小川拓朗, 廣野誠一郎, 山口匡, 岩立康男, 羽石秀昭
    • 学会等名
      メディカルイメージング連合フォーラム2020
  • [学会発表] Three-Dimensional Vessel Extraction in Whole Block Imaging Using Deep Neural Networks2020

    • 著者名/発表者名
      akashi Ohnishi, Alexei Teplov, Noboru Kawata, Benjamin Stueben, Kareem Ibrahim, Peter Ntiamoah, Canan Firat, Hideaki Haneishi, Meera Hameed, Jinru Shia, Yukako Yagi
    • 学会等名
      USCAP2020
    • 国際学会
  • [学会発表] 深層学習を用いたスパースビューマイクロCTにおけるノイズ除去手法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      岡本尚之, 大西峻, 羽石秀昭
    • 学会等名
      第4回アコースティックイメージング研究会
  • [学会発表] 空間周波数成分を用いたスパースビューCTにおけるノイズ除去手法2020

    • 著者名/発表者名
      岡本尚之, 羽石秀昭
    • 学会等名
      メディカルイメージング連合フォーラム2021
  • [学会発表] Measurement of Tissue Oxygen Saturation at Web of Hand2019

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Haneishi, Makoto Adachi, Tuerxun Aizumu, Keisuke Morikawa, Kazuya Nakano, Takashi Ohnishi, Taka-aki Nakada, Shigeto Oda
    • 学会等名
      4th International Conference on Photonics Solutions (ICPS)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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