早期変形性膝関節症の筋変性特徴の解明による発症予測モデルと運動プログラムの構築

• Project/Area Number: 23K16539
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 谷口 匡史 京都大学, 医学研究科, 助教 (00827701)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2024: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 変形性膝関節症 / 骨格筋変性 / 筋内脂肪 / 早期変形性膝関節症 / AI画像解析システム / タイプ別運動プログラム

Outline of Research at the Start

本研究では、健常高齢者および早期膝OA患者を対象として、骨格筋MRIを自動的かつ包括的に解析するAI多要素解析システムを構築し、早期膝OAを特徴づける筋変性指標を特定することを目指す。また、その筋変性指標に基づき、早期膝OAの発症や進行予測モデルを作成し、その予測精度を確認することで機能障害の早期発見に役立つことが期待される。また、早期膝OAのうち、筋変性はいくつかのタイプに分類されると予想されるため、個々の筋変性タイプに対する有効な運動プログラムを開発することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

健常高齢者および変形性膝関節症（膝OA）患者を対象として、膝関節および大腿部のMR画像の取得を開始した。早期膝OAの患者数が想定よりも少なく、データ計測状況はやや遅れている。今年度は、順次、計測が完了した対象者の骨格筋MRIを用いて、筋変性指標となる筋量や三次元筋形態、筋内脂肪量、筋線維走行などを抽出するためにAIオートセグメンテーション手法の開発を中心に行った。現在、筋量や筋内脂肪量の抽出が可能な段階に到達しており、これらの成果については、今後、関連する学会にて公表を予定している。一方、三次元筋形態や筋線維走行の抽出には至っていない。ただし、筋形態や筋線維走行の評価のための画像処理は可能な状況にあり、これらの解析プロセスの簡略化を進めている段階である。
また、筋変性のうち、膝OAで顕著にみられる筋内脂肪増加に対する運動プログラムを開発するための計画を立案した。トレーニング速度に注目し、筋内脂肪を特異的に減少させるための運動プログラムの開発に着手する。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

早期膝OAの患者数が想定よりも少なく、データ計測に遅れが生じている状況にある。ただし、健常高齢者の計測は、概ね順調に進展している。研究全体の進捗として、当初計画からやや遅れている状況である。

Strategy for Future Research Activity

次年度にも引き続き、対象者数を増加させ、当初計画までデータ取得を行う計画である。また、初年度に計測した対象者については、縦断調査を行うため、継続的に状況を把握することに努める。また、データ解析について、筋形態や筋線維走行の評価を進め、筋変性要因の多要素化を図る。
トレーニングプログラムの開発については、当初計画通り、筋変性（筋萎縮・筋内脂肪など）に有効なトレーニング要素を限定するため、文献レビューなどにより包括的に検証を行う予定である。