ホモロジーを核とし た手法による組織画像解析技術の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26310209
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中根 和昭 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (10298804)
• 研究分担者: 木田 勝之 富山大学, その他の研究科, 教授 (00271031) ; 瀧山 晃弘 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), その他 (00374520) ; 真原 仁 千葉大学, 医学部附属病院, 助教 (00589830) ; 末松 信彦 明治大学, 公私立大学の部局等, 講師 (80542274) ; 稲垣 忍 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90151571) ; 堤 康嘉 大島商船高等専門学校, その他部局等, 准教授 (30450141)
• 研究期間 (年度): 2014-07-18 – 2017-03-31
• キーワード: ホモロジー / 組織画像

研究実績の概要

近年の画像デバイスの発達で、多くの組織画像がデータとして残される様になった。これらの画像は一般に複雑であり、一見して数学的な構造を持たないようにも見える。これらの画像の分析は、専門家の観察による作業に依存しているため、作業量には限界がある上、技術者の技量により判断が異なる場合もありうる。計算機などを用いた客観的な指標で組織画像を定量化する手法の開発は必須の課題であるが、これまでの画像解析法ではあまり有効な結果は得られていない。
ホモロジーとは数学の一部門であるが、接触を定量化する数学的概念ともみなすこともできる。組織とはそもそも『組織構成要素間の接触により構成される』と考えれば、組織画像を解析する手段として有効であることは予想がつくであろう。本研究期間中にいろいろな組織に対して応用を行ってきた。例えば、『癌病変部抽出技術』『胸部画像における肺気腫の定量評価』『焼き入れ焼きなましによる金属組織の変化の定量化』『材料の破断面組織の解析』『膨潤現象（高分子物質を有機溶媒や水中に浸したりする場合に膨張する現象）』『ミクログリアの活性化の定量化（脳内の白血球に相当する細胞、活性化する場所に病変部がある）』などに対して応用してきた。
顕著な結果としては『大腸がん組織の解析』と、『破断の予測（パリス則）との合致率が非常に高いことが判明した』事が挙げられる。これらは国際学会で論文賞などを受賞しており国内外の評価が高い。特にがん組織の解析は、国際特許として申請されたうえ、実用化に向けて研究が進んでいる（大学発新産業創出プログラムT病理診断に現れる組織画像解析方法の事業化」として採択）。
本科研費により国際的にもこの研究は認知された。今後、海外の研究者とも協力してさらに発展させていきたい。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28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] Homology analysis detects topological changes of Iba1 localization accompanied by microglial activation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sawano T, Tsuchihashi R, Morii E, Watanabe F, Nakane K, Inagaki S,
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 8;346 ページ: 43-51
  • DOI: 10.1038/srep42398
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 病理形態学における位相幾何学的方法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 瀧山晃弘, 寺本敬
  • 雑誌名: 病理と臨床 巻: 35(1) ページ: 55-65
  • 査読あり
• [雑誌論文] 位相幾何学的指標による癌（病変部抽出技術）組織解析法 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中根和昭
  • 雑誌名: 病理と臨床 巻: 35(1) ページ: 48ー54
• [雑誌論文] 位相幾何学的方法によるCOPD同定方法について (2017)
  • 著者名/発表者名: 西尾瑞穂 中根和昭
  • 雑誌名: 臨床放射線 巻: 62巻 01号 ページ: 179-187
  • 査読あり
• [雑誌論文] 相幾何学的方法による画像診断技術 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中根和昭
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 35 ページ: 86－91
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatigue of Low Carbon Alloy Steel (JIS S45C) and a New Method of Fracture Surface Analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: K.KIDA, M.ISHIDA, K.MIZOBE,I.YOSHIDA,A.TAMURA and K. NAKANE
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 893 ページ: 124‐131
  • DOI: www.scientific.net/MSF.893.181
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Periodic Oscillatory Motion of a Self-Propelled Motor Driven by Decomposition of H2O2 by Catalase (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Nakata, Mio Nomura, Hiroya Yamamoto, Shunsuke Izumi, Nobuhiko J. Suematsu, Yumihiko Ikura, and Takashi Amemiya
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 861-864
  • DOI: 10.1002/anie.201609971
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crack growth and splitting failure of silicon nitride ceramic balls under cyclic pressure loads (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Kida, Junnosuke Koga, Edson Costa Santos
  • 雑誌名: Mechanics of Materials 巻: 106 ページ: 58 -66
  • DOI: 10.1016/j.mechmat.2017.01.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An Image Analyzing Method for the Vaguely Grain Boundary Detection by a Reaction Diffusion System (2016)
  • 著者名/発表者名: K.NAKANE, H. MAHARA AND K. KIDA
  • 雑誌名: Procedia Materials Science 巻: 12 ページ: 72‐76
  • DOI: doi.org/10.1016/j.apnum.2016.08.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Application of the homology method for quantification of low-attenuation lung region in patients with and without COPD (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nishio K. Nakane Tanaka Y
  • 雑誌名: Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease: 巻: 11(1) ページ: 2125―2137
  • DOI: doi.org/10.2147/COPD.S110504
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Persistent Homology for Fast Tumour Segmentation in Whole Slide Histology Images (2016)
  • 著者名/発表者名: T.Qaisera,K.Sirinukunwattanaa,K.Nakane,Y.Tsangc,D.Epsteina,N.Rajpoota
  • 雑誌名: Procedia Computer Science 巻: 90 ページ: 119-124
  • DOI: doi.org/10.1016/j.procs.2016.07.033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Flux of Euglena gracilis Cells Depends on the Gradient of Light Intensity (2016)
  • 著者名/発表者名: 2.Takuma Ogawa, Erika Shoji, Nobuhiko J. Suematsu, Hiraku Nishimori, Shunsuke Izumi, Akinori Awazu, Makoto Iima
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 11 ページ: e0168114
  • DOI: dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0168114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oscillation of Speed of a Self-Propelled Belousov－Zhabotinsky Droplet (2016)
  • 著者名/発表者名: 3.Nobuhiko J. Suematsu, Yoshihito Mori, Takashi Amemiya, and Satoshi Nakata
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 7 ページ: 3424-3428
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b05427
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acceleration or deceleration of self-motion by the Marangoni effect (2016)
  • 著者名/発表者名: 5.Yui Matsuda, Nobuhiko J. Suematsu, Hiroyuki Kitahata, Yumihiko S. Ikura, Satoshi Nakata
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 巻: 654 ページ: 92-96
  • DOI: doi.org/10.1016/j.cplett.2016.05.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observation of retained austenite amount of repeatedly induction heated SUJ2 bearing steels (2016)
  • 著者名/発表者名: Isamu Yoshida, Katsuya Yamamoto, Kenta Domura, Koshiro Mizobe and Katsuyuki Kida
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 867 ページ: 55 ～ 59
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.867.55
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of repeated quenching on rolling contact fatigue properties of JIS SUJ2 bearing steel (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Kamiya, Yuuki Hashizume, Koshiro Mizobe and Katsuyuki Kida
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 867 ページ: 60 ～ 65
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.867.60
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Observation of cracks of PEEK polymer thrust bearings under rolling contact fatigue in water (2016)
  • 著者名/発表者名: XiaoChen SHI, Masaya ORITO, Yuji KASHIMA, Koshiro MIZOBE and Katsuyuki KIDA
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 703 ページ: 172 ～ 177
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.703.172
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Relationship between failure and temperature of PTFE thrust bearings under dry condition (2016)
  • 著者名/発表者名: XiaoChen SHI, Takayuki KAMIYA, Yuji KASHIMA and Katsuyuki KIDA
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 703 ページ: 183 ～ 186
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.703.183
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crack observation of PPS polymer thrust bearings under RCF test in water (2016)
  • 著者名/発表者名: XiaoChen SHI, Masatoshi ANDO, Yuji KASHIMA and Katsuyuki KIDA
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 703 ページ: 178 ～ 182
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.703.178
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Backlash evaluation of hybrid UHMWPE-PEEK bushes in a small robot joint system (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Kida, Kota Kawai, Koshiro Mizobe, Hitonobu Koike and Kenji Kanemasu
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 703 ページ: 187 ～ 191
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.703.187
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Changes in magnetic flux density distributions of chromium molybdenum steel (JIS, SCM440) by slit opening and crack growth (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Kida, Tatsurou Nakashima and Masayuki Ishida
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 703 ページ: 376 ～ 379
  • DOI: :10.4028/www.scientific.net/KEM.703.376
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rolling contact fatigue observation of radial PPS bearings under dry condition (2016)
  • 著者名/発表者名: Koshiro MIZOBE, Toshihiko MATSUMURA, Yuji KASHIMA and Katsuyuki KIDA
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 703 ページ: 197 ～ 201
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.703.197
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of new pocket design on the failure of thrust UHMWPE bearings in dry condition (2016)
  • 著者名/発表者名: oshiro MIZOBE, Naoki FUJIMURA, Yuji KASHIMA and Katsuyuki KIDA
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 703 ページ: 192 ～ 196
  • DOI: 0.4028/www.scientific.net/KEM.703.192
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of plastic deformation on magnetic fields around fatigue crack tips of carbon tool steel (JIS, SKS93) (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki KIDA, Masayuki ISHIDA, Mika FURUSE, Koshiro MIZOBE and Edson Costa SANTOS
  • 雑誌名: International Journal of Fatigue 巻: 88 ページ: 156 ～ 165
  • DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2016.03.022
• [学会発表] 自律運動の反応速度論的制御とその走化性への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 末松 J. 信彦
  • 学会等名: 日本化学会 第９７春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] ホモロジーによる肺気腫の定量評価と視覚評価の関係および機械学習による視覚評価の予測について (2017)
  • 著者名/発表者名: 西尾瑞穂、中根和昭、久保武、八上全弘、江本豊、西尾真理、富樫かおり
  • 学会等名: 第９回呼吸機能イメージング研究会学術集会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2017-01-27 – 2017-01-28
• [学会発表] 数学的手法を用いた 病理診断支援システム (2016)
  • 著者名/発表者名: 中根 和昭
  • 学会等名: 第26回中国病理学会
  • 発表場所: 中国安徽省合肥
  • 年月日: 2016-11-24 – 2016-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Change in magnetic field due to elastic-plastic deformation of structural steels (2016)
  • 著者名/発表者名: 木田勝之
  • 学会等名: 2016 The 4th International Conference on Mechanical Engineering, Materials Science and Civil Engineering (ICMEMSCE2016)
  • 発表場所: Sanya, China
  • 年月日: 2016-11-19 – 2016-11-20
  • 国際学会
• [学会発表] 自己駆動粒子の集団に現れる運動モード転移 (2016)
  • 著者名/発表者名: 末松 J. 信彦
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-10-13 – 2016-10-16
• [学会発表] 樟脳粒の集団に現れる時空間パターン (2016)
  • 著者名/発表者名: 末松 J. 信彦
  • 学会等名: RIMS研究集会「集団ダイナミクスに現れる時空間パターンの数理」
  • 発表場所: RIMS
  • 年月日: 2016-10-12 – 2016-10-14
• [学会発表] 油中水滴の運動速度の化学組成依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 末松 J. 信彦
  • 学会等名: 第67回 コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 北海道教育大学旭川校
  • 年月日: 2016-09-22 – 2016-09-24
• [学会発表] 油水界面化学反応に駆動される液滴運動のサイズおよび化学組成依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 末松 J. 信彦
  • 学会等名: 札幌非線形研究会２０１６
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2016-08-30 – 2016-08-31
• [学会発表] Nakane K, Mori H, Takiyama A: An analyzing method for complex structural images by the homology concept (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakane K, Mori H, Takiyama A
  • 学会等名: the 7th Algebraic Topology: Methods, Computation, & Science
  • 発表場所: Torino
  • 年月日: 2016-07-25 – 2016-07-29
  • 国際学会
• [学会発表] Fracture mechanics approach to contact problems of high strength materials (2016)
  • 著者名/発表者名: 木田勝之
  • 学会等名: 2016 4th INTERNATIONAL CONFERENCE ON METALLURGY TECHNOLOGY AND MATERIALS (4th ICMTM2016)
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-06-18 – 2016-06-19
  • 国際学会
• [学会発表] Classification of degree of differentiation of colorectal neoplasm by the concept of the homology (2016)
  • 著者名/発表者名: 中根 和昭
  • 学会等名: 13th European Congress on Digital pathology
  • 発表場所: ドイツ ベルリン Charite University
  • 年月日: 2016-05-25 – 2016-05-28
  • 国際学会
• [学会発表] Classification of degree of differentiation of colorectal neoplasm by the concept of the homology (2016)
  • 著者名/発表者名: 中根 和昭
  • 学会等名: 5th International Conference and Exhibition on Pathology
  • 発表場所: Chicago hilton hotel
  • 年月日: 2016-05-09 – 2016-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic Microscopy for Health Monitoring of Engineering Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: 木田勝之
  • 学会等名: The 5th International Conference on Advanced Materials and Engineering Materials ICAMEM2016
  • 発表場所: Hong Kong，China
  • 年月日: 2016-04-16 – 2016-04-17
  • 国際学会
• [学会発表] COPD、非COPD患者における低濃度域の定量評価へのホモロジーの適応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西尾瑞穂 中根和昭
  • 学会等名: 第75回日本医学放射線学会総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-04-14 – 2016-04-17
• [図書] 材料表面の親水・親油の評価と制御設計 (2016)
  • 著者名/発表者名: 末松 J. 信彦 石井 淑夫 監修
  • 総ページ数: 600
  • 出版者: 株式会社テクノシステム