脳腫瘍の人工知能による画像-分子遺伝学診断技術の開発

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 医用画像に基づく計算解剖学の多元化と高度知能化診断・治療への展開
• 研究課題/領域番号: 17H05308
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 木下 学 大阪大学, 医学系研究科, 講師 (40448064)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: Radiomics / 神経膠腫 / 脳腫瘍 / 人工知能

研究実績の概要

神経膠腫は中枢神経系に発生する希少がんで、手術・放射線治療・化学療法を組み合わせた集学的治療が実施されているが、予後不良な疾患である。神経膠腫は分子生物学的には数種類の異なった機序で発症していることが明らかになってきており、分子生物学的手法を用いた新たな病態理解・診断・治療のアプローチが求められている。
腫瘍の分子情報の取得には腫瘍組織の採取が必須であり、脳腫瘍の場合には開頭術という侵襲的な手技を経由する必要がある。このような侵襲的な手技を回避すべく、radiogenomicsもしくは人工知能という新規技術を発展させて、放射線画像という非侵襲的な診断技術で腫瘍の分子情報の取得を試みようとするのが本研究の主たる目的であった。
本研究によって、放射線画像から神経膠腫の主たる遺伝子変異（特にIDH遺伝子変異）を高精度で診断する（正診率80％以上）技術開発が成功した。さらに、放射線画像解析に人工知能支援を導入することで、従来のRadiomics法と比較して、診断精度の向上が見込まれることも明らかにすることができた。
脳腫瘍に限らず、本研究手法が大規模臨床試験など臨床医学における大規模データを網羅的に解析し、従来型の解析では明らかにすることが出来なかった「画像」と腫瘍の「分子生物学」の関係性を明らかにでき、ビッグデータの活用、解析が推進されている昨今、全身疾病の「画像」と「分子情報」の統合解析を推し進める上で極めて重要な知見を得ることができた。

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

平成29年10月、本研究と研究内容が近いデープ ラーニング(機械学習アルゴリズムの一種)を 用いた脳腫瘍の画像分子遺伝学診断技術開発に 関する研究成果が、他の研究グループより発表 された。本研究遂行上、当該成果を踏まえてRadiogenomicsを再検討・再設計する必要が生じたものの、当初の研究目的を概ね達成している。

今後の研究の推進方策

本研究課題が目的としていた、人工知能支援下での神経膠腫におけるRadiogenomics研究は当初の研究計画通り遂行された。しかしながら、主たる遺伝子変異であるIDH変異を持ってしても、その推定精度は85%程度に留まっており、実臨床での実装を考えると、改善の余地を残している。
今後の研究方向としては人工知能が「誤診断」した理由の一つ一つを明らかにし、人工知能が「不得手」とする症例の洗い出しを行いつつ、診断アルゴリズムの改善を行っていくことがある。
また、本研究アプローチが神経膠腫に対していは有用であることが明らかとなったが、他の中枢神経系疾患への技術応用・転用も積極的に検討していく必要がある。

研究成果

• [雑誌論文] MicroRNA regulating stanniocalcin-1 is a metastasis and dissemination promoting factor in glioblastoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakata Junichi、Sasayama Takashi、Tanaka Kazuhiro、Nagashima Hiroaki、Nakada Mitsutoshi、Tanaka Hirotomo、Hashimoto Naoya、Kagawa Naoki、Kinoshita Manabu、Nakamizo Satoshi、Maeyama Masahiro、Nishihara Masamitsu、Hosoda Kohkichi、Kohmura Eiji
  • 雑誌名: Journal of Neuro-Oncology 巻: 142 ページ: 241～251
  • DOI: 10.1007/s11060-019-03113-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Practical procedures for the integrated diagnosis of astrocytic and oligodendroglial tumors (2019)
  • 著者名/発表者名: Sonoda Yukihiko、The committee for molecular diagnosis of the Japan Society of Brain Tumor Pathology、Yokoo Hideaki、Tanaka Shinya、Kinoshita Manabu、Nakada Mitsutoshi、Nishihara Hiroshi
  • 雑誌名: Brain Tumor Pathology 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s10014-019-00337-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relationship between normalized distributional pattern and functional outcome in patients with acute cardiogenic cerebral embolism (2019)
  • 著者名/発表者名: Takagaki Masatoshi、Kinoshita Manabu、Kawaguchi Atsushi、Murasawa Akira、Nakao Kazutami、Nakamura Hajime、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 ページ: NA
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0210709
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Carotid artery stenting for patients with occipital vertebral anastomosis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kajikawa Ryuichiro、Fujinaka Toshiyuki、Nakamura Hajime、Kinoshita Manabu、Nishida Takeo、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: Interventional Neuroradiology 巻: 25 ページ: 212～218
  • DOI: 10.1177/1591019918802924
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics and outcomes of elderly patients with diffuse gliomas: a multi-institutional cohort study by Kansai Molecular Diagnosis Network for CNS Tumors (2018)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Takahiro、Fukai Junya、Kodama Yoshinori、et al
  • 雑誌名: Journal of Neuro-Oncology 巻: 140 ページ: 329～339
  • DOI: 10.1007/s11060-018-2957-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] 11C-methionine-18F-FDG dual-PET-tracer based target delineation of malignant glioma: evaluation of its geometrical and clinical features for planning radiation therapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirata Takero、Kinoshita Manabu、Tamari Keisuke、Seo Yuji、Suzuki Osamu、Wakai Nobuhide、Achiha Takamune、Umehara Toru、Arita Hideyuki、Kagawa Naoki、Kanemura Yonehiro、Shimosegawa Eku、Hashimoto Naoya、Hatazawa Jun、Kishima Haruhiko、Teshima Teruki、Ogawa Kazuhiko
  • 雑誌名: Journal of Neurosurgery 巻: － ページ: 1～11
  • DOI: 10.3171/2018.4.JNS1859
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lesion location implemented magnetic resonance imaging radiomics for predicting IDH and TERT promoter mutations in grade II/III gliomas (2018)
  • 著者名/発表者名: Arita Hideyuki、Kinoshita Manabu、et al
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: NA
  • DOI: 10.1038/s41598-018-30273-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stereotactic image based histological analysis reveals a correlation between 11C methionine uptake and MGMT promoter methylation in non enhancing gliomas (2018)
  • 著者名/発表者名: Okita Yoshiko、Shofuda Tomoko、Kanematsu Daisuke、Yoshioka Ema、Kodama Yoshinori、Mano Masayuki、Kinoshita Manabu、Nonaka Masahiro、Nakajima Shin、Fujinaka Toshiyuki、Kanemura Yonehiro
  • 雑誌名: Oncology Letters 巻: NA ページ: NA
  • DOI: 10.3892/ol.2018.8866
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Surgery With Salvage Stereotactic Radiosurgery Versus Surgery With Whole-Brain Radiation Therapy in Patients With One to Four Brain Metastases (JCOG0504): A Phase III, Noninferiority, Randomized Controlled Trial (2018)
  • 著者名/発表者名: Kayama Takamasa、Sato Shinya、Sakurada Kaori、et al
  • 雑誌名: Journal of Clinical Oncology 巻: 36 ページ: 3282～3289
  • DOI: 10.1200/JCO.2018.78.6186
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enlargement of papillary glioneuronal tumor in an adult after a follow-up period of 10 years: a case report (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujita Yuya、Kinoshita Manabu、Ozaki Tomohiko、Kitamura Masanori、Nakatsuka Shin-ichi、Kanemura Yonehiro、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: Journal of Surgical Case Reports 巻: 2018 ページ: NA
  • DOI: 10.1093/jscr/rjy123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Voxel-based lesion mapping of meningioma: a comprehensive lesion location mapping of 260 lesions (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirayama Ryuichi、Kinoshita Manabu、Arita Hideyuki、Kagawa Naoki、Kishima Haruhiko、Hashimoto Naoya、Fujimoto Yasunori、Yoshimine Toshiki
  • 雑誌名: Journal of Neurosurgery 巻: 128 ページ: 1707～1712
  • DOI: 10.3171/2017.3.JNS17169
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coil and Single-Stent Placement for Ruptured Dissecting Aneurysm of Middle Cerebral Artery: A Case Report (2018)
  • 著者名/発表者名: Ozaki Tomohiko、Nishida Takeo、Fujita Yuya、Kishima Haruhiko、Kinoshita Manabu
  • 雑誌名: World Neurosurgery 巻: 113 ページ: 208～211
  • DOI: 10.1016/j.wneu.2018.02.117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of region of interest designs on quantitative measurement of multimodal imaging of MR non enhancing gliomas (2018)
  • 著者名/発表者名: Takano Koji、Kinoshita Manabu、Arita Hideyuki、Okita Yoshiko、Chiba Yasuyoshi、Kagawa Naoki、Watanabe Yoshiyuki、Shimosegawa Eku、Hatazawa Jun、Hashimoto Naoya、Fujimoto Yasunori、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: Oncology Letters 巻: NA ページ: NA
  • DOI: 10.3892/ol.2018.8319
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preservation of Motor Function After Resection of Lower-Grade Glioma at the Precentral Gyrus and Prediction by Presurgical Functional Magnetic Resonance Imaging and Magnetoencephalography (2017)
  • 著者名/発表者名: Izutsu Nobuyuki、Kinoshita Manabu、Yanagisawa Takufumi、Nakanishi Katsuhiko、Sakai Mio、Kishima Haruhiko
  • 雑誌名: World Neurosurgery 巻: 107 ページ: 1045.e5～1045.e8
  • DOI: 10.1016/j.wneu.2017.07.152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intracranial stenting for nilotinib treatment-associated cerebrovascular stenosis in chronic myeloid leukemia (2017)
  • 著者名/発表者名: Ozaki Tomohiko、Nakamura Hajime、Izutsu Nobuyuki、Masaie Hiroaki、Ishikawa Jun、Kinoshita Manabu
  • 雑誌名: Interventional Neuroradiology 巻: 23 ページ: 527～530
  • DOI: 10.1177/1591019917710810
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diagnostic Accuracy of Neuroimaging to Delineate Diffuse Gliomas within the Brain: A Meta-Analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Verburg N.、Hoefnagels F.W.A.、Barkhof F.、Boellaard R.、Goldman S.、Guo J.、Heimans J.J.、Hoekstra O.S.、Jain R.、Kinoshita M.、Pouwels P.J.W.、Price S.J.、Reijneveld J.C.、Stadlbauer A.、Vandertop W.P.、Wesseling P.、Zwinderman A.H.、De Witt Hamer P.C.
  • 雑誌名: American Journal of Neuroradiology 巻: 38 ページ: 1884～1891
  • DOI: 10.3174/ajnr.A5368
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Voxel-Based Lesion Mapping of Cryptogenic Stroke in Patients with Advanced Cancer: A Detailed Magnetic Resonance Imaging Analysis of Distribution Pattern (2017)
  • 著者名/発表者名: Achiha Takamune、Takagaki Masatoshi、Oe Hiroshi、Sakai Mio、Matsui Hitoshi、Nakanishi Katsuhiko、Ozaki Tomohiko、Fujimoto Yasunori、Yoshimine Toshiki、Nakanishi Katsuyuki、Kinoshita Manabu
  • 雑誌名: Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases 巻: 26 ページ: 1521～1527
  • DOI: 10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2017.02.038
  • 査読あり
• [学会発表] Imapact of 11C-methionine/FDG dural tracer PET-based, compared with MRI-based target delination of malignant gliomas for radiation planning. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M, Hirata T, Tamari K, Seo Y, Suzuki O, Wakai N, Achiha T, Umehara T, Arita H, Kagawa N, Kanemura Y, Shimosegawa E, Hashimoto N, Hatazawa J, Kishima H, Teshima T, Ogawa
  • 学会等名: ociety for Neuro-onclogy (SNO) meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Radiogenomics of 154 WHO grade 2 and 3 gliomas via machine learning and the impact of texture analysis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M, Arita H, Kawaguchi A, Takahashi M, Narita Y, Terakawa Y, Tsuyuguchi N, Okita Y, Nonaka M, Moriuchi S, Fukai J, Izumoto S, Ishibashi K, Kodama Y, Mori K, Ichimura K, Kanemura Y
  • 学会等名: International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) 26th Scientific Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Radionomic analysis of WHO grade 2 and 3 gliomas with genetic subgroup prediction. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M, Arita H, Takahashi M, Narita Y, Terakawa Y, Tsuyuguchi N, Okita Y, Nonaka M, Moriuchi S, Fukai J, Izumoto S, Ishibashi K, Kodama Y, Mori K, Ichimura K, Kanemura Y
  • 学会等名: Society for Neuro-onclogy (SNO) meeting.
  • 国際学会