大規模コホートに基づく個別化されたリスク予測ツール、バイオマーカーの有用性の研究

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26460790
• 研究機関: 国立研究開発法人国立循環器病研究センター
• 研究代表者: 西村 邦宏 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (70397834)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 機械学習 / リスク予測 / バイオマーカー / ＭＲＩ

研究実績の概要

本研究では、予測モデルの構築のためにMIDAS研究（UMIN000010039）に登録された、後ろ向き＋前向きの計3800症例動脈硬化性疾患を有する患者群のデータを解析した。機械学習の手法としてよく使われるSupport Vector Machine (SVM)とrandom forest (RF)による1年後のＭＡＣＥ（心臓死 ／ MI ／ HF／stroke／PCI）の予測精度の検討を行った。検査等の項目は、入院30日以内の測定値を抽出した。複数モデルの組み合わせにより精度向上をはかるために、本研究における学習データの選択を、①感度を大きくする、②偽陽性率を小さくする、という2つの評価関数による多目的最適化問題として、遺伝的アルゴリズムを用い、上記データベースより日常診療上よく使用される約40項目のルーチン検査から、サポートベクターマシンを用いて、複数モデルの組み合わせによる予測モデルを構築し、ＭＡＣＥ発症症例の偽陽性5％程度、偽陰性立5％程度で予測するモデルを構築した。この成績はGRACR研究などからの既存のＭＡＣＥ予測モデルの成績より感度、特異度ともに約20％程度向上している。
また本院野口らとJ Am Coll Cardiol. 2015 などで冠動脈の不安定プラークのＭＲＩ像（ＰＭＲ）の効果について報告したが、ＪＡＴ2014で報告したＭＩの予測モデルに上記のＰＭＲを組み合わせた場合有意に693人の患者におけるＭＡＣＥ予測での診断能向上を認めた。
また従来手法による脳梗塞のリスクモデルに関しては、フラミンガムタイプのリスクスコアを作成し、ヨーロッパ公衆衛生学会で発表を行った。ミドカインなどのＡＫＩ関連マーカー、エリスロポエチンと心不全などに関するリスク分析を行っている

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

上記機械学習モデルに関しては、従来法にくらべ大幅な診断能向上を認めており、現在特許出願に向けての準備を行っている。
上記手法に関しては、広く応用可能であり、現在ＡＭＩにおけるさらなる長期予後予測、未破裂動脈瘤における破裂リスク、大動脈解離および大動脈瘤の破裂リスク（Circulation in revision)、ＣＫＤに対するomega3脂肪酸に対する前向き試験≪ＯＫＥＨＡＭＡ研究）などの登録データなどで広く応用可能であると考えられる
また当院ではＰＩＮＮＡＣＬＥなど欧米の大規模レジストリーに準じたデータベースを電子カルテ上から自動抽出するシステムを開発しており、こちらのデータもモデル予測の性能向上に資すると考えられる。更に客員教授として研究している藤田保健衛生大学でも病院全体で同様のＤＷＨを作成しているため応用可能性は大きいと思われる

今後の研究の推進方策

現在、追加症例約1000例を対象とした、validation　data set を作成中であり、上記derivation setでの予測アルゴリズムの妥当性を検証し、特許申請を予定している。また
従来手法でリスクモデルを作成した吹田研究に関して、2014年度　吹田コホートの2010年までの約２０年間６０００人の追跡データのすべての検査項目からデータベースを構築し、繰り返し発症を含めたデータ捕捉を可能としており、ＡＭＩ発症、脳梗塞などに関して、機械学習手法を用いた研究を行っていく予定にしている
更に、上記ＭＩＤＡＳ研究、ＯＫＥＨＡＺＡＭＡ研究などの前向き研究および観察研究のデータに関して、国立循環器病研究センター、藤田保健衛生大学の電子カルテのデータより、登録患者の全検査データを用いて、ＭＡＣＥ，ＣＫＤ進展、脳梗塞などに関する予後予測モデルを構築する予定である。上記データベースの一部についてＩＢＭワトソンなどの自然言語処理による医師による臨床情報の応用可能性に関しても検討を加える予定としている
さらに冠動脈ＣＴ，ＭＲＩ画像に対するnueral networkなどを利用したdeep learning手法を応用した新しい検査法の開発も行っていく予定である

次年度使用額が生じた理由

前年までの実績をもとに人工知能応用によるリスク予測モデルを更に発展させる予定であるが、データがビックデータ化しておりメモリーを拡大したワークステーションの購入が必要であり次年度予算枠よりの拡大が必要であるため

次年度使用額の使用計画

差額分を次年度購入予算に不可した上でもっとも高機能なワークステショーンおよびメモリー購入に使用する予定

研究成果

• [雑誌論文] Suppressive effects of conversion from mycophenolate mofetil to everolimus for the development of cardiac allograft vasculopathy in maintenance of heart transplant recipients. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T, Seguchi O, Nishimura K, Fujita T, Murata Y, Yanase M, Sato T, Sunami H, Nakajima S, Hisamatsu E, Sato T, Kuroda K, Hieda M, Wada K, Hata H, Ishibashi-Ueda H, Miyamoto Y, Fukushima N, Kobayashi J, Nakatani T.
  • 雑誌名: Int J Cardiol. 巻: - ページ: 307-314
  • DOI: 10.1016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prognostic significance of endogenous erythropoietin in long-term outcome of patients with acute decompensated heart failure. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagai T, Nishimura K, Honma T, Higashiyama A, Sugano Y, Nakai M, Honda S, Iwakami N, Okada A, Kawakami S, Kanaya T, Asaumi Y, Aiba T, Nishida Y, Kubota Y, Sugiyama D, Okamura T, Noguchi T, Kusano K, Ogawa H, Yasuda S, Anzai T; NaDEF investigators.
  • 雑誌名: Eur J Heart Fail 巻: 203 ページ: 307 314
  • DOI: 10.1002/ejhf.537
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calibration between the Estimated Probability of the Risk Assessment Chart of Japan Atherosclerosis Society and Actual Mortality Using External Population: Evidence for Cardiovascular Prevention from Observational Cohorts in Japan (EPOCH-JAPAN). (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakai M, Miyamoto Y, Higashiyama A, Murakami Y, Nishimura K, Yatsuya H, Saitoh S, Sakata K, Iso H, Miura K, Ueshima H, Okamura T; EPOCH-JAPAN Research Group.
  • 雑誌名: J Atheroscler Thromb 巻: 23 ページ: 176 195
  • DOI: 10.5551/jat.31286.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prevalence, Clinical Features, and Prognosis of Acute Myocardial Infarction Attributable to Coronary Artery Embolism. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, Kawakami S, Noguchi T, Tanaka T, Asaumi Y, Kanaya T, Nagai T, Nakao K, Fujino M, Nagatsuka K, Ishibashi-Ueda H, Nishimura K, Miyamoto Y, Kusano K, Anzai T, Goto Y, Ogawa H, Yasuda S.
  • 雑誌名: Circulation. 巻: 132 ページ: 241 250
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.114.015134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Intensive Statin Therapy on Coronary High-Intensity Plaques Detected by Noncontrast T1-Weighted Imaging: The AQUAMARINE Pilot Study. (2015)
  • 著者名/発表者名: Noguchi T, Tanaka A, Kawasaki T, Goto Y, Morita Y, Asaumi Y, Nakao K, Fujiwara R, Nishimura K, Miyamoto Y, Ishihara M, Ogawa H, Koga N, Narula J, Yasuda S.
  • 雑誌名: J Am Coll Cardiol. 巻: 66 ページ: 245 256
  • DOI: 10.1016/j.jacc.2015.05.056.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous decline in mortality from coronary heart disease in Japan despite a continuous and marked rise in total cholesterol: Japanese experience after the Seven Countries Study. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sekikawa A, Miyamoto Y, Miura K, Nishimura K, Willcox BJ, Masaki KH, Rodriguez B, Tracy RP, Okamura T, Kuller LH.
  • 雑誌名: Int J Epidemiol. 巻: 44 ページ: 1614 1624
  • DOI: 10.1093/ije/dyv143.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Serum Trans-Fatty Acid Concentration Is Elevated in Young Patients With Coronary Artery Disease in Japan. (2015)
  • 著者名/発表者名: Mori K, Ishida T, Yasuda T, Hasokawa M, Monguchi T, Sasaki M, Kondo K, Nakajima H, Shinohara M, Shinke T, Irino Y, Toh R, Nishimura K, Hirata K.
  • 雑誌名: Circ J. 巻: 79 ページ: 2017 2025
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-14-0750
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changes in Waist Circumference and the Incidence of Type 2 Diabetes in Community-Dwelling Men and Women: The Suita Study. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi Y, Watanabe M, Nakai M, Kokubo Y, Higashiyama A, Nishimura K, Kobayashi T, Takegami M, Nakao YM, Watanabe T, Okayama A, Okamura T, Miyamoto Y.
  • 雑誌名: J Epidemiol. 巻: 25 ページ: 407 414
  • DOI: 10.2188/jea.JE20140160
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Ｒｉｓｋ ｓｏｃｒｅ ｆｏｒ ｓｔｒｏｋｅ， Ｓｕｉｔａ Ｓｔｕｄｙ (2015)
  • 著者名/発表者名: Ｆｕｍａｉａｋｉ Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｋｕｎｉｈｉｒｏ Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ
  • 学会等名: ヨーロツパ公衆衛生学会
  • 発表場所: Ｍｉｌａｎｏ
  • 年月日: 2015-10-17
  • 国際学会
• [学会発表] Explaining the fall in coronary mortality in Japan between 1980 and 2012: IMPACT modelling analysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Ｆｕｍａｉａｋｉ Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｋｕｎｉｈｉｒｏ Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ， Ｓｉｍｏｎ Ｃａｐｅｗｅｌｌ ｅｔ ａｌ．
  • 学会等名: ＳＳＭ 60ｔｈｅ ｍｅｅｔｉｎｇ
  • 発表場所: ミラノ
  • 年月日: 2015-10-15
  • 国際学会
• [学会発表] Cross-sectional Survey of Quality of Life and Workload Among Japanese Physicians Working in Stroke Care: (2015)
  • 著者名/発表者名: 西村 邦宏
  • 学会等名: アメリカ心臓病学会
  • 発表場所: オーランド
  • 年月日: 2015-10-07
  • 国際学会
• [学会発表] 都市住民のリスク評価：吹田研究と吹田スコア (2015)
  • 著者名/発表者名: 西村 邦宏
  • 学会等名: 第47回日本動脈硬化学会総会・学術集会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2015-07-09
  • 招待講演