AI-based recognize supporting technologies for daily CT-image guidance on liver caner proton therapy

基于AI识别的肝癌质子治疗日常CT影像指导支撑技术

• 批准号: 22K07788
• 负责人: 前田 嘉一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: 福井県立病院(陽子線がん治療センター(陽子線治療研究所))
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K07788/
• 关键词: 陽子線治療; CT画像誘導; 肝細胞がん; 自動輪郭生成; 疑似画像生成; 深層学習; 適合放射線治療; 陽子線がん治療; CT画像誘導治療; 肝臓がん; 適合治療

肝臓がんの陽子線治療はその有効性が認識され、2022年度より一般国民保険の対象となった．今後、治療患者数の増加が予想されるため、より安全な治療実践のための研究開発が必要である．特に、がん部の位置は柔らかな肝臓内部にあり、臓器変形によって変わるため日々の治療において画像誘導による位置確認が必要である．本研究は当院の肝細胞がん陽子線治療で取得したMRI画像とCT画像を利用して深層学習モデルを構築し、画像誘導用CT画像における病巣部の視覚認識を支援する技術開発を行う．2022年度は、219症例について治療計画用CT画像とMR画像（T12強調画像、Gd-EOB-DTPA造影画像）を収集し、肝臓及び視覚的腫瘍体積（GTV）を作成した．GTVはCT画像と造影MR画像を参照して医師が作成した．この造影MR画像は、患者にGd-EOB-DTPAを投与して撮像される．造影剤を取り込んだ正常な肝細胞領域は高信号、取り込む機能が低下した腫瘍領域は低信号となる．この造影MR画像が持つ信号特性を、画像誘導用CT画像から疑似的に生成することが可能となれば、GTVの自動生成機能と連携することによって、病巣部の視覚支援が可能になると考えた．始めに上記画像と輪郭情報の匿名化データを作成し、研究に利用するデータ環境を整備した．次に、深層学習モデルU-Netを利用して、1) CT画像上の肝臓輪郭、2)CT画像と造影MR画像上にGTV輪郭を自動生成するソフトを開発した．また、同じモデルとCT画像と造影MR画像の対データを利用して、3)CT画像から疑似的に造影MR画像を生成するモデルを開発した．それぞれのモデルについて、ダイス係数による教師データと予測輪郭の一致度の評価、疑似造影MR画像と教師データの信号一致度の評価をそれぞれ行い、CT画像によるがん病巣部認識の支援方法について検討を行った．

质子疗法对肝癌的有效性已得到认可，并已被2022财年的一般国家保险所涵盖。由于预计接受治疗的患者人数将在未来增加，因此需要进行更安全的治疗方法的研究和开发。特别是，癌症区域的位置位于软肝内部，由于器官变形而导致变化，因此有必要通过图像指南在日常治疗中检查位置。这项研究使用通过肝细胞癌质子治疗在我们医院获得的MRI图像和CT图像来构建深度学习模型，并开发技术以支持图像引导的CT图像中对病变的视觉识别。在2022财年中，收集了219例病例的CT图像和MR图像（T12加权图像，GD-EOB-DTPA对比图像），以及肝脏和视觉肿瘤体积（GTV）。 GTV是由医生使用CT图像和对比度MR图像创建的。通过向患者施用GD-EOB-DTPA来对比MR图像成像。与对比剂相比，正常的肝细胞区域具有较高的信号，而摄取功能降低的肿瘤区域的信号较低。我们认为，如果可以从CT图像中模拟此对比增强的MR图像的信号特性以进行图像引导，则可以通过与GTV的自动生成功能链接到视觉上支持病变。首先，创建了上述图像和轮廓信息的匿名数据，并准备了用于研究的数据环境。接下来，我们开发了使用深度学习模型U-NET自动在CT图像上自动生成GTV轮廓的软件。我们还开发了一个模型，该模型使用相同的模型，CT图像之间的配对数据和对比度MR图像，3）一种模型，该模型从CT图像中生成伪增强的对比度MR图像。对于每个模型，我们使用骰子系数评估了教师数据和预测轮廓之间的匹配程度，并评估了伪对比度MR图像与教师数据之间的匹配程度，并检查了使用CT图像支持癌症病变识别的方法。

项目成果

深層学習による CT 画像の骨盤腔内臓器の領域検出

利用深度学习对CT图像中盆腔内脏器官进行区域检测

• 发表时间: 2022
• 作者: Yusuke Yagai; Hiroyuki Mishima; Nobuhiro Furuyama;谷貝祐介・古山宣洋・三嶋博之;中山友瑛，片山正純;五十嵐匠，西川文崇，片山正純;牧野晴太，澤田桂舟，片山正純;東野航大，片山正純，前田嘉一
• 通讯作者: 東野航大，片山正純，前田嘉一

CT画像誘導陽子線がん放射線治療における日々の体内臓器変化による治療効果への影響評価と適合治療へ向けた研究開発

CT图像引导质子束癌症放疗中日常身体器官变化对治疗效果的影响评估及适应性治疗的研发

• 发表时间: 2022
• 作者: Bou Sayuri;Takamatsu Shigeyuki;Matsumoto Sae;Asahi Satoko;Tatebe Hitoshi;Sato Yoshitaka;Kawamura Mariko;Shibata Satoshi;Kondou Tamaki;Tameshige Yuji;Maeda Yoshikazu;Sasaki Makoto;Yamamoto Kazutaka;Sunagozaka Hajime;Aoyagi Hiroyuki;Tamamura Hiroyasu;Kobaya;前田 嘉一
• 通讯作者: 前田 嘉一