2021 年度実施状況報告書

膵癌生検組織を用いた次世代診断技術開発：人工知能病理診断と包括的1細胞遺伝子解析

研究課題

研究課題/領域番号	21K07969
研究機関	和歌山県立医科大学
研究代表者	北野雅之和歌山県立医科大学, 医学部, 教授 (50314571)
研究分担者	橋本真一和歌山県立医科大学, 先端医学研究所, 教授 (00313099) 村田晋一和歌山県立医科大学, 医学部, 教授 (20229991) 蘆田玲子和歌山県立医科大学, 医学部, 講師 (90570581) 桑原崇通愛知県がんセンター(研究所), がん予防研究分野, 研究員 (10816408) 原和生愛知県がんセンター(研究所), がん予防研究分野, 研究員 (80740258) 越川卓修文大学, 医療科学部, 教授 (80153526)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	膵癌 / 超音波内視鏡下穿刺吸引生検 / EUS-FNA / 人工知能 / 遺伝子解析
研究実績の概要	膵癌は予後不良の悪性腫瘍であり、早期診断・治療による予後改善が急務とされている。超音波内視鏡下吸引穿刺生検（EUS-FNA）は膵癌診断において重要な役割を担っている。本研究では、以下のEUS-FNA検体を用いた次世代診断技術を開発することを目的としている。 A. 膵腫瘍性病変のEUS-FNA検体で人工知能（AI）を用いた病理診断法を開発する。倫理委員会の承認後より、実臨床で行ったEUS-FNA時の迅速細胞診（ROSE）で使用したプレパラートを用いてAIにおける深層学習用の細胞診画像の集積を行った。予定としては悪性度分類のうちClass0からⅤまでそれぞれ約1000か所の画像集積を予定している。初年度はこの画像集積における画像の撮像方法における条件設定を複数回におけるWeb会議を用いて検討を重ねた。約28000枚の画像をAIに学習させ、そのうち2200枚のデータを抽出し検証を行った。一枚の画像を16分割し、全体として約50万の画像を学習させ、そのうち約3万枚を検証画像として使用した。Local workstationを用いて評価指標としてはIoUを用いた。今回の細胞クラスターの検出率は0.51であった。アノテーションを行った部位より広感度に細胞を検出できており、細胞クラスターの検出能は高いと判断した。条件設定の確定後は画像集積を蓄積し、その画像に対してアノテーション用のソフトを用いてClass分類を行っている。 B. 膵癌のEUS-FNA検体における包括的1細胞遺伝子解析法を開発する。まず初めに、化学療法を予定している膵癌の患者に対して病理組織学的診断やがん遺伝子パネル検査の組織検体採取目的に施行したEUS-FNAで得られた組織の余剰検体から膵癌のRNAを抽出し、次世代シークエンサーを用いて網羅的な遺伝子解析を行い、抗癌剤抵抗性に関わる因子を検討する研究を計画し、実施中である。
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 A.膵腫瘍性病変のEUS-FNA検体におけるAIを用いた病理診断法の開発。進捗状況はおおむね順調に進展しており、現在約130例の画像取り込みが完了している。１症例から30か所程度の画像取り込みが可能なため、必要症例数には2022度には到達できる見込みである。ただしClass別には蓄積症例数にばらつきはあるため、今後必要に応じて症例を蓄積していく予定である。 B.膵癌のEUS-FNA検体における包括的1細胞遺伝子解析法の開発。包括的1細胞遺伝子解析を行う前に、次世代シークエンサーを用いて網羅的な遺伝子解析を行うことを決定するのに時間を要したため、進捗状況は予定よりやや遅れている。2021年度で当院の倫理審査委員会で承認が得られており、2022年4月より研究を開始することとなっている。
今後の研究の推進方策	A.膵腫瘍性病変のEUS-FNA検体におけるAIを用いた病理診断法の開発。今後の研究の推進方策としては学習用のデータ集積を更に行い、細胞のクラスター検出能力を向上させるために様々なサイズ感のクラスターを学習させる予定としている。また彩度やピントのずれを考慮した様々な画像を作成し学習させることで感度の向上を狙う予定である。来年度はこのようなデータ集積および学習を行い、来年度後半にはこれら画像を用いて細胞クラスターの検出および悪性度Class分類の検証作業を行う予定である。AI学習によって十分な感度が得られたと判断されたのちは、細胞診の読影を初学者とある程度細胞診読影経験のある医師とAIとで検討し、その読影能力を比較する予定である2023年度にはこれらのデータを学会報告および論文作成を行う予定である。 B.膵癌のEUS-FNA検体における包括的1細胞遺伝子解析法の開発。来年度は、次世代シークエンサーを用いて網羅的なRNA遺伝子解析を実施し、十分な解析結果が得られた後、包括的1細胞遺伝子解析が可能かどうかを検討する予定である。
次年度使用額が生じた理由	B.膵癌のEUS-FNA検体における包括的1細胞遺伝子解析法の開発の進捗が遅れ、検体採取と遺伝子解析が2022年度に実施することとなったため、次年度使用額が生じた。