AI画像診断支援システムの構築～重篤な救急頭部疾患を診断・予測する～

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K16737
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 菊田 潤子 順天堂大学, 医学部, 助教 (70613389)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 人工知能 / 頭部画像

Outline of Annual Research Achievements

前年度から引き続き、頭部MRIを用いた血管周囲腔を自動検出する機械学習モデルの構築を行い、その成果を第51回日本磁気共鳴医学会大会とThe 22nd Asian Oceanian Congress of Radiology（アジア・オセアニア放射線学術大会）にて学会発表を行った。研究内容は次の通りである。公開データベースHuman Connectome Projectから健常者69名 (平均年齢28.87±4.06歳)のMRIを取得後、FMRIB Software Library (FSL) version6.0.上で血管周囲腔の描出を明瞭にするためT1強調像をT2強調像で除した画像を作成した。次に頭蓋骨、脳幹部、大脳基底核、大脳皮質を除去した大脳白質のみの画像を作成後、手動で血管周囲腔を抽出。教師データを訓練・検証データが4:1になるよう分割し、U-Netモデルを構築後、手動検出と自動検出された血管周囲腔との一致度を表すDice係数を用いて汎化能を評価した。この結果、大脳白質のみの画像のDice係数は平均値0.493±0.042、全脳画像のDice係数は平均値0.385±0.064で、大脳白質のみの画像のDice係数は全脳画像より有意に高かった (p=0.001) 。The 22nd Asian Oceanian Congress of Radiologyではこの演題が最優秀賞を受賞した。
現在論文執筆中である。

Research Products

• [Journal Article] Decreased diffusivity along the perivascular space and cerebral hemodynamic disturbance in adult moyamoya disease (2024)
  • Author(s): Hara Shoko、Kikuta Junko、Takabayashi Kaito、Kamagata Koji、Hayashi Shihori、Inaji Motoki、Tanaka Yoji、Hori Masaaki、Ishii Kenji、Nariai Tadashi、Taoka Toshiaki、Naganawa Shinji、Aoki Shigeki、Maehara Taketoshi
  • Journal Title: Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism Volume: 1 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1177/0271678X241245492
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Assessing interstitial fluid dynamics in type 2 diabetes mellitus and prediabetes cases through diffusion tensor imaging analysis along the perivascular space (2024)
  • Author(s): Tuerxun Rukeye、Kamagata Koji、Saito Yuya、Andica Christina、Takabayashi Kaito、Uchida Wataru、Yoshida Seina、Kikuta Junko、Tabata Hiroki et al.
  • Journal Title: Frontiers in Aging Neuroscience Volume: 16 Pages: 1-11
  • DOI: 10.3389/fnagi.2024.1362457
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glymphatic system impairment in sleep disruption: diffusion tensor image analysis along the perivascular space (DTI-ALPS) (2023)
  • Author(s): Saito Yuya、Hayakawa Yayoi、Kamagata Koji、Kikuta Junko、Mita Takeshi、Andica Christina et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Radiology Volume: 41 Pages: 1335～1343
  • DOI: 10.1007/s11604-023-01463-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] もやもや病にGlymphatic system機能不全は存在するか？?DTI-ALPS indexによる評価?［大会長賞記録］ (2023)
  • Author(s): HARA Shoko、KIKUTA Junko、TAKABAYASHI Kaito、KAMAGATA Koji、HAYASHI Shihori、INAJI Motoki、TANAKA Yoji、HORI Masaaki、ISHII Kenji、NARIAI Tadashi、TAOKA Toshiaki、NAGANAWA Shinji、AOKI Shigeki、MAEHARA Taketoshi
  • Journal Title: Japanese Journal of Magnetic Resonance in Medicine Volume: 43 Pages: 56～59
  • DOI: 10.2463/jjmrm.2022-1774
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deep Learning‐Driven Transformation: A Novel Approach for Mitigating Batch Effects in Diffusion MRI Beyond Traditional Harmonization (2023)
  • Author(s): Wada Akihiko、Akashi Toshiaki、Hagiwara Akifumi、Nishizawa Mitsuo、Shimoji Keigo、Kikuta Junko、Maekawa Tomoko、Sano Katsuhiro、Kamagata Koji、Nakanishi Atsushi、Aoki Shigeki
  • Journal Title: Journal of Magnetic Resonance Imaging Volume: 1 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1002/jmri.29088
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Effectiveness of brain T1/T2-weighted images for automatic detection of perivascular space using the deep learning model (2024)
  • Author(s): Sen Guo, Junko Kikuta, Koji Kamagata, Yuya Saito, Kaito Takabayashi, Wataru Uchida, Yujiro Otsuka, Yayoi Hayakawa, Akihiko Wada, Shigeki Aoki
  • Organizer: 第22回アジア・オセアニア放射線学術会 , 最優秀賞 受賞
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] スーパーコンピューターを用いた拡散テンソル画像法の神経線維と脳の形態解析への応用 (2024)
  • Author(s): 郭森、Tianxiang Lyu, 鎌形康司, Zhe Sun, 内田航, 下地啓五, 菊田潤子, 高林海斗, 青木茂樹
  • Organizer: 第26回日本ヒト脳機能マッピング学会
• [Presentation] 双極性障害におけるglymphatic system機能の解明 ーDTI-ALPS法を用いた検討ー (2024)
  • Author(s): 陳紅かい, 菊田潤子, 鎌形康司, 田岡俊昭, 内田航, 高林海斗, 郭森, 和田昭彦, 永井康仁, 加藤忠史, 青木茂樹
  • Organizer: 第26回日本ヒト脳機能マッピング学会
• [Presentation] 脈絡叢に鉄沈着が疑われたWilson病患者の一例 (2024)
  • Author(s): 菊田潤子, 萩原彰文, 富澤信夫, 鎌形康司, 和田昭彦, 町田彩佳, 深田浩大, 今一義, 手計順, 池嶋健一, 青木茂樹
  • Organizer: 第53回日本神経放射線学会
• [Presentation] 血行再建術がもやもや病の脈絡叢に与える影響 (2023)
  • Author(s): Shoko Hara, Junko Kikuta, Kaito Takabayashi, Hongkai Chen, Koji Kamagata, Masaaki Hori, Yoji Tanaka, Tadashi Nariai, Shigeki Aoki, Taketoshi Maehara
  • Organizer: 第51回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] 若年男性成人におけるアルコール摂取によるGlymphatic systemへの影響：DTI-ALPSを用いた検討 (2023)
  • Author(s): Yuichi Morita, Koji Kamagata, Takashi Nakanishi, Kaito Takabayashi, Christina Andica, Junko Kikuta, Toshiaki Akashi, Akihiko Wada, Toshiaki Taoka, Shinji Naganawa, Osamu Abe, Shigeki Aoki
  • Organizer: 第51回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] 睡眠の質の低下に伴うDTI-ALPSと脈絡叢体積の変化 (2023)
  • Author(s): Junko Kikuta, Koji Kamagata, Yayoi Hayakawa, Toshiaki Taoka, Kaito Takabayashi, Yuya Saito, Wataru Uchida, Hongkai Chen, Seina Yoshida, Keigo Yamazaki, Akihiko Wada, Hideyoshi Kaga, Yoshifumi Tamura, Ryuzo Kawamori, Hirotaka Watada, Shigeki Aoki
  • Organizer: 第51回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] 特発性正常圧水頭症シャント術後のglymphatic system機能評価について (2023)
  • Author(s): 菊田潤子
  • Organizer: 第51回日本磁気共鳴医学会大会
  • Invited
• [Presentation] 深層学習モデルを用いた血管周囲腔自動検出における頭部T1/T2 強調像の有効性の検証 (2023)
  • Author(s): Sen Guo, Junko Kikuta, Koji Kamagata, Hongkai Chen, Yuya Saito, Kaito Takabayashi, Wataru Uchida, Yujiro Otsuka, Yayoi Hayakawa, Akihiko Wada, Shigeki Aoki
  • Organizer: 第51回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] 脳拡散MRIの画像特徴差の軽減による機械学習画像認識モデルの汎化性の向上 (2023)
  • Author(s): Akihiko Wada, Toshiaki Akashi, Yujiro Otsuka, Kanako Sato, Nobuo Tomizawa, Akifumi Hagiwara, Junko Kikuta, Koji Kamagata, Katsuhiro Sano, Kanako Kumamaru, Atsushi Nakanishi, Shigeki Aoki
  • Organizer: 第51回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] Association between arterial stiffness and white matter integrity in older adults. (2023)
  • Author(s): Junko Kikuta, Koji Kamagata, Masahiro Abe, Christina Andica, Yuya Saito, Kaito Takabayashi, Wataru Uchida, Hitoshi Naito, Hiroki Tabata, Akihiko Wada, Yoshifumi Tamura, Ryuzo Kawamori, Hirotaka Watada, Shigeki Aoki
  • Organizer: ISMRM2023. Tronto, Canada
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Do adultpatients with moyamoya disease have glymphatic systemdysfunction? - evaluationusing diffusion along perivascular space. (2023)
  • Author(s): Shoko Hara, Junko Kikuta, Kaito Takabayashi, Koji Kamagata, Shihori Hayashi, Motoki Inaji, Yoji Tanaka, Kenji Ishii, Tadashi Nariai, Toshiaki Taoka, Shinji Naganawa, Shigeki Aoki, Takeoshi Maehara
  • Organizer: ISMRM2023. Tronto, Canada
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of the ALDH2 genetic polymorphism effect in alcohol-related glymphatic dysfunction using DTI-ALPS. (2023)
  • Author(s): Yuichi Morita, Koji Kamagata, Kaito Takabayashi, Christina Andica, Shohei Fujita, Junko Kikuta, Hiroki Tabata, Hitoshi Naito, Yuki Someya, Hideyoshi Kaga, Toshiaki Akashi, Akihiko Wada, Yoshifumi Tamura, Ryuzo Kawamori, Hirotaka Watada, Toshiaki Taoka, Shinji Naganawa, Osamu Abe, Shigeki Aoki
  • Organizer: ISMRM2023. Tronto, Canada
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Harmonization of the multisite ALPS-index based on DTI-ALPS using the combined association test. (2023)
  • Author(s): Yuya Saito, Koji Kamagata, Toshiaki Taoka, Christina Andica, Wataru Uchida, Kaito Takabayashi, Mana Owaki, Seina Yoshida, Keigo Yamazaki, Shohei Fujita, Akifumi Hagiwara, Junko Kikuta, Toshiaki Akashi, Akihiko Wada, Keigo Shimoji, Masaaki Hori, Shinji Naganawa, Shigeki Aoki
  • Organizer: ISMRM2023. Tronto, Canada
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Feasibility of 3D Quantitative Synthetic MRI for Discriminating Immunohistochemical Status in Invasive Ductal Carcinoma of the Breast. (2023)
  • Author(s): Maki Amano, Shohei Fujita, Naoyuki Takei, Katsuhiro Sano, Akihiko Wada, Kanako Sato, Junko Kikuta, Yoshiki Kuwatsuru, Rina Tachibana, Towa Sekine, Yoshiya Horimoto, Shigeki Aoki
  • Organizer: ISMRM2023. Tronto, Canada
  • Int'l Joint Research