多元計算解剖モデルを利用した腫瘍診断支援システム

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Multidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
• Project/Area Number: 26108007
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 仁木 登 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (80116847)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河田 佳樹 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (70274264) ; 鈴木 秀宣 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 助教 (50546710) ; 島田 光生 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部, 教授 (10216070) ; 原田 雅史 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部, 教授 (20228654) ; 井本 逸勢 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部, 教授 (30258610) ; 安倍 正博 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部, 教授 (80263812) ; 梅谷 啓二 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主幹研究員 (50344396) ; 大松 広伸 国立研究開発法人国立がん研究センター, 東病院, 副科長 (40415518) ; 石井 源一郎 国立研究開発法人国立がん研究センター, 東病院, ユニット長 (00270869) ; 飯沼 元 国立研究開発法人国立がん研究センター, 中央病院, 医長 (60222824) ; 青景 圭樹 国立研究開発法人国立がん研究センター, 東病院, 医員 (20544753) ; 松元 祐司 国立研究開発法人国立がん研究センター, 中央病院, 医員 (00600579) ; 中野 恭幸 滋賀医科大学, 医学部, 准教授 (00362377) ; 三嶋 理晃 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (60190625) ; 阪井 宏彰 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 非常勤講師 (50362489)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 多元計算解剖モデル / 腫瘍診断支援システム / 肺・大腸・肝臓に発生する悪性腫瘍の本態解明 / 3次元ミクロからマクロの病態 / マルチスケール・マルチモダリティ画像

Outline of Annual Research Achievements

健康寿命を短縮する危険度の高い悪性腫瘍（肺，大腸，肝臓）の早期発見とライフステージに応じた適切な治療管理による重症化予防を実現するために，多元計算解剖モデルによる肺・大腸・肝臓に発生する悪性腫瘍の本態解明に挑み，これに基づいて高度知能化した腫瘍診断支援システムを研究開発する．4次元CT，広視野μCT，PET，MRIの最先端イメージングの画像情報を中心にして臨床・病理・遺伝子情報と効果的に融合して悪性腫瘍の本態解明を導く．特に，肺・大腸・肝臓の3次元ミクロからマクロの病態を明らかにし，これらの悪性腫瘍発病・進化過程をマルチスケール・マルチモダリティ画像と臨床・病理・遺伝子情報を用いてA01で実現される多元計算解剖モデルの基礎数理に基づいて数理統計的に統合解析する．研究計画は，1．マルチスケール・マルチモダリティ画像データベース構築（3次元ミクロ・マクロ画像情報，臨床・病理・遺伝子情報の集積），2．基礎研究（マクロからミクロレベルの画像による病態の解明，画像情報と遺伝子情報の統合解析），3．開発研究（罹患ハイリスクグループの層別化，悪性腫瘍の進化の定量化，鑑別・予後予測技術の創出とそれを利活用したシステムの構築），4．実用化研究（腫瘍診断・治療支援システム開発と臨床現場での評価）を柱とする．本年度は，協力医療機関の倫理審査委員会の承認を得て画像データベース構築を継続して実施し，基礎・開発研究に連結させて肺・大腸・肝臓の形態・機能解析技術の開発，血管系に焦点を当てた3次元ミクロからマクロ構造の解析技術の開発，鑑別・予後予測技術の基礎技術となる悪性腫瘍罹患ハイリスクグループの層別化法の開発に焦点を当てて実施した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は，(1)～(4)からなる．この研究推進にはSPring-8の利用と医工学領域の連携が必要となる．肺ミクロ形態を専門とする医学者，放射光CTを専門とするSPring-8主幹研究員，悪性腫瘍（肺，大腸，肝臓）の診断・治療を専門とする医学者，遺伝子情報解析を専門とする医学者，マルチスケール・マルチモダリティ3次元画像解析を専門とする工学者との研究協力体制を確立した．本年度は(1),(2),(3)に注力し以下の通り取り組んだ．
(1) マルチスケール・マルチモダリティ画像データベース構築：(a) 治療前の拡大CT画像と治療後摘出標本の広視野μCT画像のマルチスケール3次元画像と臨床・病理・遺伝子情報のデータ収集（30症例），(b) 経時的に撮影された拡大CT画像，PET，MRI画像，臨床・病理情報，予後追跡で得られる多様かつ膨大な時空間データベースを構築．(c) 検診CT画像と臨床・病理情報からなるデータベース構築を継続して実施した．
(2) 基礎研究: 3次元ミクロからマクロの構造を高精度に抽出して時空間的な変化を定量的に捉える手法と病態の特性を定量的に表現する手法を開発する．肺・大腸・肝臓の3次元ミクロからマクロの病態を明らかにし，これらの悪性腫瘍発病・進化過程を画像と臨床・病理・遺伝子情報を用いて数理統計的に解析する手法を創出して悪性腫瘍の本態解明を導く手法の開発を推進させた．
(3) 開発研究：気管支系，血管・リンパ系，膜構造に焦点を当てた胸腹部臓器の構造解析法の開発を推進し，画像に展開して高精度に胸腹部臓器構造の精密解析法を進めた．
本研究「多元計算解剖モデルを利用した腫瘍診断支援システム」に関する平成27年度の研究成果は、招待講演3件，学術論文7件、解説論文2件、国際学会発表：10件，国内学会発表：13件，受賞：1件，申請時の計画通り順調に進展している．

Strategy for Future Research Activity

本研究は，（1)～(4) からなり，現在まで順調に進展している．今後の研究の推進方策は次の通りである．特に(1),(2),(3)及び(4)に注力して取り組む．画像データベースの構築には個人情報保護法に関わるために医療施設の倫理審査委員会の処理手順に従い匿名化処理を施して実施する．
(1) マルチスケール・マルチモダリティ画像データベースの構築：(a) 治療前の拡大CT画像と治療後摘出標本の広視野μCT画像のマルチスケール3次元画像と臨床・病理・遺伝子情報のデータ収集，(b) 経時的に撮影された拡大CT画像，PET，MRI画像，臨床・病理情報，予後追跡で得られる多様かつ膨大な時空間データベース構築， (c) 検診CT画像と臨床・病理情報からなるデータベース構築を推進する．
(2) 基礎研究：3次元ミクロからマクロの構造を高精度に抽出して時空間的な変化を定量的に捉える手法と病態の特性を定量的に表現する手法の開発を継続して進め，悪性腫瘍発病・進化過程をマルチスケール・マルチモダリティ画像と臨床・病理・遺伝子情報を用いて数理統計的に解析する手法の確立に注力する．
(3) 開発研究：気管支系，血管・リンパ系，膜構造に焦点を当てて開発を進めている胸腹部臓器の構造解析法を発展させマルチスケール・マルチモダリティ画像に展開して高精度に胸腹部臓器構造の精密解析法の創出に結びつける．
(4) 実用化研究：マルチスケール・マルチモダリティ画像入力から悪性腫瘍候補の検出，悪性腫瘍罹患ハイリスクグループの層別化，悪性腫瘍進化の定量化，鑑別・予後予測技術の呈示に至る処理をインタラクティビティの高い表示方法でシームレスに実行できるシステムの開発を継続し，ユーザ操作履歴を解析して高度なユーザインターフェースを有するシステムを開発する．臨床研究を実施してシステムの有効性を検証する．

Research Products

• [Journal Article] 肺がんCT検診のコンピュータ支援診断の現状と課題 (2016)
  • Author(s): 仁木登，河田佳樹，鈴木秀宣
  • Journal Title: MEDICAL IMAGING TECHNOLOGY Volume: 34 Pages: 128-131
• [Journal Article] Aggressive tumor microenvironment of solid predominant lung adenocarcinoma subtype harboring with epidermal growth factor receptor mutations (2016)
  • Author(s): K.Saruwatari, S.Ikemura, K.Sekihara, T.Kuwata, S.Fujii, S.Umemura, K.Kirita, S.Matsumoto, K.Yoh, S.Niho, H.Ohmatsu, A.Ochiai, H.Kohrogi, M.Tsuboi, K.Goto, G.Ishii
  • Journal Title: Lung Cancer Volume: 91 Pages: 7-14
  • DOI: doi: 10.1016/j.lungcan.2015.11.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 胸部CT検診のCADシステムにおける3次元表示 (2015)
  • Author(s): 河田佳樹，鈴木秀宣，仁木登
  • Journal Title: 医学物理 Volume: 35 Pages: 211-216
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Mixed Phenotype of Airway Wall Thickening and Emphysema Is Associated with Dyspnea and Hospitalization for COPD (2015)
  • Author(s): NV.Tho, E.Ogawa, LTH.Trang, Y.Ryujin, R.Kanda, H.Nakagawa, K.Goto, K.Fukunaga, Y.Higami, R.Seto, H.Wada, M.Yamaguchi, T.Nagao, LLT.Lan, Y.Nakano
  • Journal Title: Annals of the American Thoracic Society Volume: 12 Pages: 988-996
  • DOI: doi: 10.1513/AnnalsATS.201411-501OC
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sex hormone-dependent tRNA halves enhance cell proliferation in breast and prostate cancers (2015)
  • Author(s): S.Honda, P.Loher, M.Shigematsu, JP.Palazzo, R.Suzuki, I.Imoto, I.Rigoutsos, Y.Kirino
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 112 Pages: 3816-3825
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1510077112
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep intronic GPR143 mutation in a Japanese family with ocular albinism (2015)
  • Author(s): T.Naruto, N.Okamot, K.Masuda, T.Endo, Y.Hatsukawa, T.Kohmoto, I.Imoto
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 5 Pages: 11334-1-9
  • DOI: doi: 10.1038/srep11334
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RECIST progression patterns during EGFR tyrosine kinase inhibitor treatment of advanced non-small cell lung cancer patients harboring an EGFR mutation (2015)
  • Author(s): T.Yoshida, K.Yoh, S.Niho, S.Umemura, S.Matsumoto, H.Ohmatsu, Y.Ohe, K.Goto
  • Journal Title: Lung Cancer Volume: 90 Pages: 477-483
  • DOI: doi: 10.1016/j.lungcan.2015.09.025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dysfunction of liver regeneration in aged liver after partial hepatectomy (2015)
  • Author(s): C.Enkhbold, Y.Morine, T.Utsunomiya, S.Imura, T.Ikemoto, Y.Arakawa, Y.Saito, S.Yamada, D.Ishikawa, M.Shimada
  • Journal Title: Journal of gastroenterology and hepatology Volume: 30 Pages: 1217-1224
  • DOI: doi: 10.1111/jgh.12930
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The value of systematic lymph node dissection for intrahepatic cholangiocarcinoma from the viewpoint of liver lymphatics (2015)
  • Author(s): Y.Morine, M.Shimada
  • Journal Title: Journal of gastroenterology Volume: 50 Pages: 913-927
  • DOI: doi: 10.1007/s00535-015-1071-2
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 低線量CT画像を用いた肺血栓塞栓症の検出法 (2016)
  • Author(s): 鈴木秀宣，松廣幹雄, 河田佳樹，仁木登，大松広伸，楠本昌彦, 土田敬明, 金子昌弘，杉浦寿彦, 田邉信宏
  • Organizer: 第11回京滋呼吸器リサーチフォーラム
  • Place of Presentation: 京都リサーチパーク（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-19
• [Presentation] 胸部3次元マルチスライスCT画像を用いた気管支・肺動静脈抽出法 (2016)
  • Author(s): 松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，中野恭幸，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 第11回京滋呼吸器リサーチフォーラム
  • Place of Presentation: 京都リサーチパーク（京都府京都市）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-19
• [Presentation] Preliminary study of visualizing membrane structures of spiculated pulmonary nodules in three-dimensional thoracic CT images (2016)
  • Author(s): Y.Kawata, N.Niki, H.Ohmatsu, K.Aokage, M.Kusumoto, T.Tsuchida, K.Eguchi, M.Kaneko
  • Organizer: Proc. SPIE Medical Imaging
  • Place of Presentation: Town & Country Resort and Convention Center (San Diego, California, USA)
  • Year and Date: 2016-02-27 – 2016-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Computer aided diagnosis for severity assessment of pneumoconiosis using CT images (2016)
  • Author(s): H.Suzuki, M.Matsuhiro, Y.Kawata, N.Niki, K.Kato, T.Kishimoto, K.Ashizawa
  • Organizer: Proc. SPIE Medical Imaging
  • Place of Presentation: Town & Country Resort and Convention Center (San Diego, California, USA)
  • Year and Date: 2016-02-27 – 2016-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Computer-aided diagnosis for osteoporosis using chest 3D CT images (2016)
  • Author(s): K.Yoneda, M.Matsuhiro, H.Suzuki, Y.Kawata, N.Niki, Y.Nakano, H.Ohmatsu, M.Kusumoto, T.Tsuchida, K.Eguchi, M.Kaneko
  • Organizer: Proc. SPIE Medical Imaging
  • Place of Presentation: Town & Country Resort and Convention Center (San Diego, California, USA)
  • Year and Date: 2016-02-27 – 2016-03-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 肺がんCT検診のコンピュータ支援検出システム (2016)
  • Author(s): 鈴木秀宣，松廣幹雄，河田佳樹，仁木登，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 第23回日本CT検診学会学術集会
  • Place of Presentation: 柏の葉カンファレンスセンター（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2016-02-12 – 2016-02-13
• [Presentation] 3次元マルチスライスCT画像を用いた気管支・肺動静脈抽出法 (2016)
  • Author(s): 松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，中野恭幸，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 第23回日本CT検診学会学術集会
  • Place of Presentation: 柏の葉カンファレンスセンター（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2016-02-12 – 2016-02-13
• [Presentation] 肺がんCT検診における肺気腫の経年解析 (2016)
  • Author(s): 島田幸治，松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，中野恭幸，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 第23回日本CT検診学会学術集会
  • Place of Presentation: 柏の葉カンファレンスセンター（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2016-02-12 – 2016-02-13
• [Presentation] 胸部CT画像を用いた骨粗鬆症診断支援システム (2016)
  • Author(s): 米田和也，松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，中野恭幸，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 第23回日本CT検診学会学術集会
  • Place of Presentation: 柏の葉カンファレンスセンター（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2016-02-12 – 2016-02-13
• [Presentation] Lung CAD (2016)
  • Author(s): N.Niki
  • Organizer: 1st Asia Oceania Workshop of Pulmonary Functional Imaging combined with 8th Japanese Society of Pulmonary Functional Imaging
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center (Awaji City, Hyogo, Japan)
  • Year and Date: 2016-01-29 – 2016-01-31
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Computer aided detection system for lung cancer, COPD, and osteoporosis in low-dose CT screening（1st AOWPFI & 8th JSPFI Scientific Presentation Award） (2016)
  • Author(s): H.Suzuki, M.Matsuhiro, Y.Kawata, N.Niki, H.Ohmatsu, Y.Nakano, M.Kusumoto, T.Tsuchida, K.Eguchi, M.Kaneko
  • Organizer: 1st Asia Oceania Workshop of Pulmonary Functional Imaging combined with 8th Japanese Society of Pulmonary Functional Imaging
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center (Awaji City, Hyogo, Japan)
  • Year and Date: 2016-01-29 – 2016-01-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Extraction algorithm of bronchi and pulmonary artery and vein using anatomical features based on multi-slice CT images (2016)
  • Author(s): M.Matsuhiro, H.Suzuki, Y.Kawata, N.Niki, Y.Nakano, H.Ohmatsu, M.Kusumoto, T.Tsuchida, K.Eguchi, M.Kaneko:
  • Organizer: 1st Asia Oceania Workshop of Pulmonary Functional Imaging combined with 8th Japanese Society of Pulmonary Functional Imaging
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center (Awaji City, Hyogo, Japan)
  • Year and Date: 2016-01-29 – 2016-01-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Computer-aided diagnosis for osteoporosis using chest 3D CT images (2016)
  • Author(s): K.Yoneda, M.Matsuhiro, H.Suzuki, Y.Kawata, N.Niki, Y.Nakano, H.Ohmatsu, M.Kusumoto, T.Tsuchida, K. Eguchi, M.Kaneko
  • Organizer: 1st Asia Oceania Workshop of Pulmonary Functional Imaging combined with 8th Japanese Society of Pulmonary Functional Imaging
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center (Awaji City, Hyogo, Japan)
  • Year and Date: 2016-01-29 – 2016-01-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Longitudinal follow-up study of smoking-induced emphysema progressing using low-dose CT screening (2016)
  • Author(s): K.Shimada, M.Matsuhiro, H.Suzuki, Y.Kawata, N.Niki, Y.Nakano, H.Ohmatsu, M.Kusumoto, T.Tsuchida, K.Eguchi, M.Kaneko
  • Organizer: 1st Asia Oceania Workshop of Pulmonary Functional Imaging combined with 8th Japanese Society of Pulmonary Functional Imaging
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center (Awaji City, Hyogo, Japan)
  • Year and Date: 2016-01-29 – 2016-01-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantitative analysis of thrombosis using CT images (2016)
  • Author(s): K.Fujisawa, M.Matsuhiro, H.Suzuki, Y.Kawata, N.Niki, T.Sugiura, N.Tanabe, Y.Takiguchi, K.Tatsumi
  • Organizer: 1st Asia Oceania Workshop of Pulmonary Functional Imaging combined with 8th Japanese Society of Pulmonary Functional Imaging
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center (Awaji City, Hyogo, Japan)
  • Year and Date: 2016-01-29 – 2016-01-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 肺がんCT検診における肺気腫の経年解析 (2015)
  • Author(s): 島田幸治，松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，中野恭幸，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告医用画像
  • Place of Presentation: 奈良先端科学技術大学（奈良県生駒市）
  • Year and Date: 2015-11-11 – 2015-11-11
• [Presentation] 肺がんCT検診のコンピュータ支援診断のワークフロー解析 (2015)
  • Author(s): 守本達郎，松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 日本医用画像工学会大会
  • Place of Presentation: 金沢歌劇座（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-07-30 – 2015-08-01
• [Presentation] 肺がんCT検診における肺気腫の経年解析 (2015)
  • Author(s): 島田幸治，松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，中野恭幸，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 日本医用画像工学会大会
  • Place of Presentation: 金沢歌劇座（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-07-30 – 2015-08-01
• [Presentation] 胸部CT画像を用いた骨粗鬆症診断支援システム (2015)
  • Author(s): 米田和也，松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，中野恭幸，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 日本医用画像工学会大会
  • Place of Presentation: 金沢歌劇座（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-07-30 – 2015-08-01
• [Presentation] 3次元CT画像を用いた肺血栓塞栓症の検出法 (2015)
  • Author(s): 藤澤加織，松廣幹雄，鈴木秀宣，河田佳樹，仁木登，杉浦寿彦，田邉信宏，滝口裕一，巽浩一郎
  • Organizer: 日本医用画像工学会大会
  • Place of Presentation: 金沢歌劇座（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-07-30 – 2015-08-01
• [Presentation] 肺がん・COPD・骨粗鬆症のコンピュータ支援CT画像診断システムの開発 (2015)
  • Author(s): 仁木登
  • Organizer: 第89回閉塞性肺疾患研究会
  • Place of Presentation: 大手町サンケイプラザ4F（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2015-07-18 – 2015-07-18
  • Invited
• [Presentation] 低線量胸部CT画像を用いた骨粗鬆症診断支援システム (2015)
  • Author(s): 鈴木秀宣，米田和也，松廣幹雄，河田佳樹，仁木登，中野恭幸，大松広伸，楠本昌彦，土田敬明，江口研二，金子昌弘
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告医用画像
  • Place of Presentation: 函館市勤労者総合福祉センター（サン・リフレ函館）（北海道函館市）
  • Year and Date: 2015-07-14 – 2015-07-15
• [Presentation] 胸部疾患のコンピュータ支援CT画像診断システム (2015)
  • Author(s): 仁木登
  • Organizer: 第54回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-05-07 – 2015-05-07
  • Int'l Joint Research / Invited