てんかんをきたす器質的脳疾患における生成型学習を活用した定量的拡散MRIの検討

• Project/Area Number: 21K15790
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 福永 一星 順天堂大学, 保健医療学部, 助教 (80861129)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: DTI / NODDI / ICVF / ODI / DWI / DKI / 生成型機械学習

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、脳梗塞、脳腫瘍、多発性硬化症、パーキンソン病、注意欠陥多動性障害など多くの疾患で有用性の報告がある拡散MRIのDiffusional kurtosis imaging（DKI）やNODDI（Neurite orientation dispersion and density imaging）をはじめとする最新の技術を用いて、生成型機械学習を活用した拡散MRIによる高速化・高精度化された画像解析結果の画像評価および定量値の評価をすることである。

Outline of Annual Research Achievements

2022年度も新型コロナウイルスによる影響があり、臨床機を利用した研究撮像は実施することができなかった。2021年度に引き続き、解析ソフトウェアのdiMaRIA（Diffusion Magnetic Resonance Image Analyzer）で実施した健常ボランティアの結果を論文としてまとめている。上記の解析ソフトを利用するとICVF（Intracellular Volume Fraction）と呼ばれる神経突起密度を評価する指標と、ODI（Orientation Dispersion Index）と呼ばれる神経突起の散らばりを評価する指標などが計算できる。解析時間の短縮が大きなメリットであり、従来のNODDI解析との比較検証が必要となる。diMaRIAに加えてFSLやfree surferなどの解析ソフトも利用し、画像のレジストレーションや自動ROIの抽出を実施した。白質のROIはジョンホプキンス大学の白質トラクトグラフィーアトラスを利用し、灰白質のアトラスはDesikan-Killianyアトラスを用いている。今後はまず最初に、健常ボランティアのdiMaRIAを用いた解析結果の論文を完成させて投稿したいと考えている。その後、脳卒中患者とてんかん患者・スタージウェバー患者の撮像およびdiMaRIAによる画像解析を実施する。解析結果はSPSSを用いて統計解析後に、論文として完成させる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2022年度もコロナ禍による影響により、教職員でも診療業務に携わっていない場合は研究撮像などを控えるような要望があった。今年度は特に研究費の使用はなかったが、研究環境は整っていると感じている。てんかん患者の撮像はコロナ禍の影響もありまだ実施できていないが、脳卒中患者の撮像データは少しずつ増えており、画像の解析しているのが現状である。

Strategy for Future Research Activity

今後は健常ボランティアのdiMaRIAを用いた解析結果の論文を完成させて投稿したいと考えている。その後、脳卒中患者とてんかん患者・スタージウェバー患者の撮像およびdiMaRIAによる画像解析を実施する。解析結果はSPSSを用いて統計解析後に、論文として完成させたいと思う。

Research Products

• [Journal Article] Open-access quantitative MRI data of the spinal cord and reproducibility across participants, sites and manufacturers． (2021)
  • Author(s): Cohen-Adad J, Alonso-Ortiz E, Abramovic M, Fukunaga I, Wyss PO, Xu J.
  • Journal Title: Scientific data Volume: 8(1) Issue: 1 Pages: 219-219
  • DOI: 10.1038/s41597-021-00941-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generic acquisition protocol for quantitative MRI of the spinal cord． (2021)
  • Author(s): Cohen-Adad J, Alonso-Ortiz E, Abramovic M, Fukunaga I, Wyss PO, Xu J.
  • Journal Title: Nature protocols Volume: 16(10) Issue: 10 Pages: 4611-4632
  • DOI: 10.1038/s41596-021-00588-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Repeatability and reproducibility of human brain morphometry using three‐dimensional magnetic resonance fingerprinting (2020)
  • Author(s): Fujita Shohei、Buonincontri Guido、Cencini Matteo、Fukunaga Issei、Takei Naoyuki、Schulte Rolf F.、Hagiwara Akifumi、Uchida Wataru、Hori Masaaki、Kamagata Koji、Abe Osamu、Aoki Shigeki
  • Journal Title: Human Brain Mapping Volume: 42 Issue: 2 Pages: 275-285
  • DOI: 10.1002/hbm.25232
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Age-Related Changes in Relaxation Times, Proton Density, Myelin, and Tissue Volumes in Adult Brain Analyzed by 2-Dimensional Quantitative Synthetic Magnetic Resonance Imaging (2020)
  • Author(s): Hagiwara Akifumi、Fujimoto Kotaro、Kamagata Koji、Murata Syo、Irie Ryusuke、Kaga Hideyoshi、Someya Yuki、Andica Christina、Fujita Shohei、Kato Shimpei、Fukunaga Issei、Wada Akihiko、Hori Masaaki、Tamura Yoshifumi、Kawamori Ryuzo、Watada Hirotaka、Aoki Shigeki
  • Journal Title: Investigative Radiology Volume: 56 Issue: 3 Pages: 163-172
  • DOI: 10.1097/rli.0000000000000720
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Free Water Eliminated White Matter Tract Integrity of Spinal Cord in Multiple Sclerosis and Neuromyelitis Optica Spectrum Disorder． (2021)
  • Author(s): Hori Masaaki, Kamiya Kouhei, Hagiwara Akifumi, Yokoyama Kazumasa, Fukunaga Issei, Sano Katsuhiro, Kamagata Koji, Murata Katsutoshi, Fujita Shohei, Andica Christina, Wada Akihiko, Cohen-Adad Julien, Aoki Shigeki
  • Organizer: 9th annual meeting International Society for Magnetic Resonance in Medicine, (Virtual Conference & Exhibition)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prospective motion-corrected three-dimensional multiparametric mapping of the brain. (2021)
  • Author(s): Fujita Shohei, Takei Naoyuki, Hagiwara Akifumi, Fukunaga Issei, Rettmann Dan, Banerjee Suchandrima, Hwang Ken-Pin, Amemiya Shiori, Kamagata Koji, Abe Osamu, Aoki Shigeki
  • Organizer: 29th annual meeting International Society for Magnetic Resonance in Medicine, (Virtual Conference & Exhibition)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Radiomics with 3D MR fingerprinting: Influence of dictionary design on radiomic features and a potential mitigation strategy. (2021)
  • Author(s): Fujita Shohei, Hagiwara Akifumi, Yasaka Koichiro, Akai Hiroyuki, Kunimatsu Akira, Kiryu Shigeru, Fukunaga Issei, Kato Shimpei, Akashi Toshiaki, Kamagata Koji, Wada Akihiko, Abe Osamu, Aoki Shigeki
  • Organizer: 29th annual meeting International Society for Magnetic Resonance in Medicine, (Virtual Conference & Exhibition)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Simultaneous 3D T1 weighted, T2 weighted and FLAIR imaging using Serial Connection of Echo Train Acquisitions (SCETA) for Multi-contrast imaging. (2021)
  • Author(s): Takei Naoyuki, Fujita Shohei, Fukunaga Issei, Miyoshi Mitsuharu, Aoki Shigeki, Banerjee Suchandrima, Wakayama Tetsuya
  • Organizer: 29th annual meeting International Society for Magnetic Resonance in Medicine, (Virtual Conference & Exhibition)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Simultaneous Relaxometry and Morphometry of Human Brain Structures using 3D MR Fingerprinting: A Multisite, Multiplatform, Multi-field-strength Study (2021)
  • Author(s): Shohei Fujita, Matteo Cencini, Guido Buonincontri, Naoyuki Takei, Issei Fukunaga, Wataru Uchida, Akifumi Hagiwara, Osamu Abe, Michela Tosetti, Shigeki Aoki
  • Organizer: 第49回日本磁気共鳴医学会大会 (神奈川県横浜市)
• [Presentation] T1 weighted, T2 weighted and FLAIR imaging in a single scan for Multicontrast Imaging (2021)
  • Author(s): Naoyuki Takei, Shohei Fujita, Issei Fukunaga, Mitsuharu Miyoshi, Shigeki Aoki, Tetsuya Wakayama
  • Organizer: 第49回日本磁気共鳴医学会大会 (神奈川県横浜市)