新規脳波バイオマーカーを用いた機械学習によるてんかんの診断手法の開発
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19K07964
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 52020:Neurology-related
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| Research Institution | International University of Health and Welfare (2020-2023)
Kyushu University (2019) |
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Principal Investigator |
上原 平 国際医療福祉大学, 医学部, 准教授 (30631585)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
重藤 寛史 九州大学, 医学研究院, 教授 (50335965)
迎 伸孝 九州大学, 大学病院, 助教 (60532843)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | てんかん / 脳波 / 機械学習 / バイオマーカー |
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| Outline of Research at the Start |
発作間欠期てんかん性放電（IED）の過剰判読や、IEDの感度が低いことがてんかんの診断における問題になっており、IEDによらない客観的な診断手法の開発が必要である。本研究では、①頭蓋内外脳波の同時記録を解析し、IEDの遠隔効果による脳波変化を複数探索し、②同定した脳波指標とMRIを用いた機械学習を行い、てんかんか否かを自動判別する手法を開発する。頭蓋内脳波の裏付けに基づいた脳波指標を用いる点、複数のモダリティーを融合する点に本研究の独自性がある。脳波もMRIも広く普及している設備であり、本研究で精度の高い自動診断手法が得られれば、その波及効果は大きい。
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳波で観察されるてんかん性放電は、てんかんの診断において重要である。しかし、その同定はしばしば困難であり、過剰判読や見逃しが多い。様々な自動検出 の方法が提案されているが、習熟した脳波判読者のレベルには達していないのが現状である。近年、てんかん性放電は、てんかん焦点から離れた領域にも、広範囲に脳波変化を引き起こすことが指摘されてきている。本研究では、この点に着目し、てんかん性放電の遠隔効果を探索し、それらを組み合わせることで、 機械学習を利用した、客観的な診断手法を開発することを目的とした。難治性焦点てんかん患者の、外科手術全検査の一環として記録された、頭蓋内脳波と頭皮上脳波の同時記録を解析対象とした。頭蓋内脳波でのみ確認できる海馬の発作間欠期てんかん性放電(interictal epileptiform discharge, IED)が頭皮上脳波に与える影響を解析した。その結果、ノンレム睡眠時に、海馬IEDが部位特異的に睡眠紡錘波を惹起することを見出した。次に、サポートベクターマシーンを用いて、海馬IED出現時と、非出現時のノンレム睡眠時の頭皮上脳波を、非てんかん患者の頭皮上脳波と分類する分類器を作成し、有用性を検証した。Line length、複数の周波数帯域のパワー値、振幅の分布の非対称性、電極間の同期性などを特徴量として分類器を作成し、クロスバリデーション法で 検証したところ、高い正解率、適合率、再現率が得られ、良好な結果であった。また、この分類器の汎化能力を検証するために、別の患者群の頭皮上脳波に適用したところ、抗てんかん薬内服中と中止中の脳波での差を認めた。この結果は、IEDは遠隔効果によって頭皮上脳波に変化を与えており、IEDが頭皮上脳波では視認できない場合でも、てんかん患者の脳波と、正常脳波と区別することが可能であることが示唆された。
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Report
(5 results)
Research Products
(18 results)
