機序の異なる人工知能の多重解析による癌コンパニオン診断システムの開発
研究課題情報
- 課題管理番号
- 18lk1010006h9903
- 9つの連携分野プロジェクト
その他<第一期>
- 事業名
臨床研究等ICT基盤構築・人工知能実装研究事業
- タグ(2018)
研究の性格: 新規診断法・検査法・検査体制の開発、確立、検証<診断薬・診断機器開発は除く>
開発フェーズ: 該当なし
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: 新生物
- タグ(2017)
研究の性格: 医療技術・標準治療法の確立等につながる研究<診療の質を高めるためのエビデンス構築<診療ガイドライン作成等>を含む>
開発フェーズ: 該当なし
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: 新生物
- タグ(2016)
研究の性格: 新規診断法・検査法・検査体制の開発、確立、検証<診断薬・診断機器開発は除く>
開発フェーズ: 該当なし
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: 新生物
- 代表研究機関
- 国立研究開発法人理化学研究所
- 研究代表者
(2018) 山本陽一朗, 国立研究開発法人理化学研究所, 病理情報学ユニット チームリーダー
(2017) 山本陽一朗, 国立研究開発法人理化学研究所, 病理情報学ユニット・ユニットリーダー
(2016) 山本陽一朗, 国立大学法人信州大学, 学術研究院医学系(医学部病理組織学)助教/学部内講師
- 研究期間
- 2016年度 - 2018年度
- 課題への総配分額
- 57,776 千円
- 研究概要(2018)
- 研究課題全体の総括と実施を行う。また当年度としては、人工知能システムの開発を進めると共に、幅広い症例に対応可能なシステム構築を目指す。
- 研究概要(2017)
- 研究課題全体の総括と実施を行う。また当年度としては、人工知能システムの開発を進めると共に、日本医科大症例に対して人工知能解析を逐次行っていく。
- 研究概要(2016)
- 研究代表者として、研究課題全体の総括と実施を行う。また研究開発の担当部位としては、人工知能による画像解析およびデータベース構築、病理標本の作製・管理を、適宜研究分担者と協力して行う。
研究成果情報
2018
2017
2016
成果の概要
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本邦では現在約2人に1人が生涯のうちに「がん」に罹患すると考えられている。現代医学の進歩はめざましいが、薬の副作用に加え、その医療費はこれまでとは比較にならないほど莫大となっており、精度の高い予後予測と、その予測に基づく最適な治療選択法の開発が急務となっている。一方、現在の大きな流れとなっている人工知能人工知能(Artificial Intelligence, AI)分野では、囲碁の世界をはじめ、まだ十数年先と考えられていた画期的な出来事が次々と起きている。そこで本プロジェクトでは機序の異なる複数の機械学習技術を組み合わせた日本発の医療AIシステムを開発すると共に、ビッグデータに基づいた医療AIのエビデンス蓄積を目的とした。 特に平成28年度においては、医師が理解できる「AIの説明可能性」に重点を置いた。ディープラーニングは高い分類精度を期待できるが、そのブラックボックス性が問題となっており、単独では臨床家が理解可能なエビデンス創出力に欠ける。AIの説明可能性がどの程度必要とされるかどうかは、誰がどの状況でAI技術を使用するかに大きく影響されるが、特に最終診断に直結する専門医レベルの医療では、医師が理解できる説明可能性が必須となる。そこで複数のディープラーニングネットワーク、非階層型クラスター分析、そしてサポートベクターマシン等を組み合わせることで、専門医が理解可能なシステム開発を進めた。また組織診断におけるAIシステムの実用化に向けては、病理医によるアノテーション作業が大きな障壁となっているため、現状のアノテーション作業の負担軽減に有用なシステムの開発、さらにその発展として、人のアノテーションを越えた新規医学的知見を発見可能なAI開発を目標とした。 本年度はプロジェクトの最終年度であった。昨年度までに開発した技術を統合し、癌の再発リスクの予測が可能なAIシステムを開発した。そして、その有効性を世界にアピールするために、現在全世界でゴールドスタンダードとして用いられている前立腺癌「グリソンスコア」と比較し検証した。また比較対象となるグリソンスコアは、現時点の病理組織学で最も情報量の多い全割標本を使用した。・昨年度までに開発したプロトタイプのシステムの最終チェックと共に、その精度確認用のプログラムを作成した。そして、これまでに作成したデータベースを元に、AIシステムの検証を行った。・画像解析の専門家である病理医の診断プロセスを機械学習アルゴリズムに取り込むことで、超大型画像に対するAIシステムの認識精度を飛躍的に向上させる新技術を開発した。そして、この技術を病理画像に適用することで、病理医のアノテーションを要せずに病変における未知の説明可能な特徴を画像から検出するAIシステムの開発に成功した。・大学病院20年間分の前立腺癌手術症例の全割病理標本のデータベースを用いて、開発したAIシステムの検証を行った。検証の結果、開発したAIシステムが前立腺癌の予後予測において、エキスパートの診断により与えられたグリソンスコアを上回ることがわかった。さらに、本システムと病理医による診断とを併用することで、更なる精度向上が可能になることがわかった。・開発したシステムの特許申請を行い、論文を作成した。・本邦における医療AIに関しての正しい知識を広げるために、AI技術や本プロジェクトについて種々の学会で講演すると共に、一般向けの講演会や各種メディアを通して広く周知した。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Yamamoto Y, Tsuzuki T, Akatsuka J, Ueki M, Morikawa H, Numata Y, Takahara T, Tsuyuki T, Shimizu A, Maeda I, Tsuchiya S, Kanno H, Kondo Y, Fukumoto M, Tamiya G, Ueda N, Kimura G. Automated acquisition of knowledge beyond pathologists. bioRxiv (preprint), DOI: 10.1101/539791, 2019.
2. 山本陽一朗. 医療AIの現状と課題:病理学分野における実例, 最新医学, 文光堂, 大阪, 74巻3号36巻, 2019.
3. Kato M, Hirakawa A, Kobayashi Y, Yamamoto A, Ishida R, Kamihira O, Kimura T, Majima T, Ishida S, Funahashi Y, Sassa N, Fujita T, Matsukawa Y, Yamamoto T, Hattori R, Gotoh M, Tsuzuki T. Integrating tertiary Gleason pattern 5 into the ISUP grading system improves prediction of biochemical recurrence in radical prostatectomy patients. Mod Pathol. 32(1):122-127, 2019.
4. 山本陽一朗. 病理学における人工知能, 診断病理, vol.36, No.2, pp73-78, 2019.
5. 山本陽一朗. 人工知能の医療応用~How to Apply, 病理と臨床, 文光堂, 東京, 36巻, 9号, pp915 -919, 2018年.
6. Yamamoto A, Kato M, Matsui H, Ishida R, Kimura T, Funahashi Y, Sassa N, Matsukawa Y, Kamihira O, Hattori R, Gotoh M, Tsuzuki T. Efficacy of docetaxel in castration-resistant prostate cancer patients with intraductal carcinoma of the prostate. Int J Clin Oncol. 23(3):584-590, 2018.
7. 加藤真史, 都築豊徳【病理診断の新潮流】Intraductal carcinoma of the prostate(IDC-P) 新しい前立腺がんの予後因子(解説/特集), 腎臓内科・泌尿器科 (2188-9147) 7巻3号 Page263-268, 2018.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. 山本陽一朗「医療とAI ~現状と展望~」第132回中部日本整形外科災害外科学会, 三重県総合文化センター, 三重, 2019年4月5日 国内
国内 /
2. Yoichiro Yamamoto「Automated acquisition of knowledge from images」DECODE seminar, RIKEN Quantitative Biology Buildings, Osaka, 2019年3月29日
不明 /
3. Akatsuka J., Kimura G., Obayashi K., Mikami H., Sano M., Yanagi M., Takeda H., Matsuzawa I., Suzuki Y., Hamasaki T., Yamamoto Y., Kondo Y. Tumor locations in the prostate gland affect the incidence, clinicopathological features and prognosis of prostate cancer. 34th Annual EAU Congress 2019 European Association of Urology: EAU 2019, Barcelona Spain, March 15 2019. 国外
国外 /
4. 山本陽一朗「人工知能と医療~AIからみた細胞像」第1回日本メディカルAI学会, 国立がんセンター, 東京, 2019年1月26日 国内
国内 /
5. 山本陽一朗「AIの病理学分野への応用:現状と展望」第64回日本病理学会秋期特別総会, 呉市文化ホール, 広島, 2018年11月22日 国内
国内 /
6. 山本陽一朗「人工知能と医療~現状と展望~」日本毒性病理学会主催教育セミナー, 大阪市立大学医学部学舎, 大阪, 2018年11月10日 国内
国内 /
7. 都築豊徳. 膀胱癌と前立腺癌:押さえておきたい基本的病理所見, 第5回Philips Uro-Radiology Update2018, アットビジネスセンター大阪梅田、大阪市、大阪府, 2018年11月10日 国内
国内 /
8. 都築豊徳. 前立腺癌の真の病理学的予後因子とは, 三重大学がんセンター講演会, 三重大学医学部附属病院 探索医学研究棟3階 リフレッシュスペース、津市、三重県, 2018年11月9日 国内
国内 / 口頭
9. 山本陽一朗「AI技術の医療応用~新規バイオマーカー探索へ向けて」第38回日本分子腫瘍マーカー研究会,大阪国際会議場,大阪,2018年9月26日 国内
国内 /
10. 都築豊徳. 前立腺癌病理 2018, 第2回 Roche Medical Science Day, TKPガーデンシティPREMIUM名駅西口、名古, 2018年7月21日 国内
国内 /
「国民との科学・技術対話社会」に対する取り組み
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1. 「人工知能で社会はどう変わるのか?」理化学研究所和光地区一般公開2019, 鈴木梅太郎記念ホール, 和光市, 2019年4月20日 国内
国内
2. 診断から治療まで、最先端「医療AI」の潜在力:東洋経済オンライン・Yahooニュース2018年8月7日 国内
国内
3. がん画像、AI解析 活発:日経産業新聞 2018年5月8日 国内
国内