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2021 Fiscal Year Research-status Report

脳MRI定量指標の臨床応用へ:AIを用いた画像駆動型緑内障診断ソフトウェアの開発

Research Project

Project/Area Number 21K07665
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

舘脇 康子  東北大学, 加齢医学研究所, 助教 (40722202)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 瀧 靖之  東北大学, スマート・エイジング学際重点研究センター, 教授 (10375115)
中澤 徹  東北大学, 医学系研究科, 教授 (30361075)
Thyreau Benjamin  東北大学, スマート・エイジング学際重点研究センター, 助手 (30709522)
武藤 達士  東北大学, 加齢医学研究所, 准教授 (80462472)
面高 宗子  東北大学, 医学系研究科, 助教 (80569583)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords緑内障 / MRI / AI / 早期発見
Outline of Annual Research Achievements

緑内障は本邦において推計400万人が罹患する老年病であり、網膜神経節細胞脱落部位に応じた進行性の視野障害を特徴とする。緑内障では網膜だけではなく中枢視路である視神経から大脳視覚野にまで体系的に変性が及び、MRI技術を用いてこれらの変化を詳細に可視化・定量化する試みが行われているが、未だ臨床応用には至っていない。本研究は脳MRI画像から得られる視野障害の程度を反映する定量指標を、客観的な新たな視機能評価法として臨床応用することを目指す。本研究は既存の知見をもとに脳MRI情報から視機能を予測するモデル構築を行い、さらにAIを活用して高精度の診断性能を持つソフトウェア開発を目指したものである。
当初、R3年度は100名のテストデータの収集を予定していたが、コロナ感染の収束が見通せず、データ収集は断念した。代わりに、当該年度では既存の緑内障縦断MRIデータベースの約280症例のデータを用いて、画像解析プログラム開発を進めた。まずは、眼科データの充実化を行った。これまでのデータベースに含まれていたMDやOCTによるRNFLTの値だけではなく、網膜に残存する網膜神経節細胞数の推定値であるwRGC(weighted retinal ganglion cell count)の算出を行い、緑内障進行度を示すパラメータとして追加した。wRGCは緑内障の早期から後期にかけての視機能との追従性が良好で、既存のパラメータと比較して緑内障の進行度をより正確にとらえることができると考えられる。次に、画像解析に先立ち、緑内障縦断コホートの解剖学的3D-T1強調画像を対象としてFreesurferにより詳細な灰白質構造の抽出を行い、percellationとsegmentation技術を用いて全脳の解剖学的構造を関心領域とした、各構造の体積と皮質厚データを取得し、視野を推定する数理モデル作成およびAIシステム構築のための準備を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

約280例の緑内障の縦断MRIデータベースの解剖学的3D-T1強調画像の解析に着手し、Freesurferによる解析処理を終了し、数理モデル作成の準備を整えた。もう一方のfMRIについてのデータベースの構築は終了したが、解析については未着手であり、当初の予定よりやや遅延している。

Strategy for Future Research Activity

今年度は、Freesurferで出力された皮質厚マップなどの画像パラメータを用いて、眼科の視野データベースを教師データとして機械学習アルゴリズムを用いて、仮想視野を出力するプログラムを作成する予定である。これと並行して、レチノトピータスクMRIの解析処理を行い、視野に相関したcortical presentationマップを作成する予定である。
また、コロナの感染拡大状況を鑑みながら、テストデータの収集を行う。

Causes of Carryover

コロナ感染症まん延のため、データ収集ができず、これに関わる謝金や検査費用が使用できなかった。次年度はデータ収集、データ解析に関わる支出が生じる予定である。

  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Alzheimer’s Disease and Type 2 Diabetes Mellitus: The Use of MCT Oil and a Ketogenic Diet.2021

    • Author(s)
      Takeishi J, Tatewaki Y, Nakase T, Takano Y, Tomita N, Yamamoto S, Mutoh T, Taki Y.
    • Journal Title

      Int J Mol Sci.

      Volume: 22 Pages: 12310

    • DOI

      10.3390/ijms222212310.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Defining the Optimal Method for Measuring Metabolic Tumor Volume on Preoperative 18F-Fluorodeoxyglucose-Positron Emission Tomography/Computed Tomography as a Prognostic Predictor in Patients With Pancreatic Ductal Adenocarcinoma.2021

    • Author(s)
      Tatewaki Y, Terao CM, Ariake K, Saito R, Mutoh T, Shimomura H, Motoi F, Mizuma M, Odagiri H, Unno M, Taki Y.
    • Journal Title

      Front Oncol.

      Volume: 11 Pages: 646141

    • DOI

      10.3389/fonc.2021.646141.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 認知症の一次予防、二次予防を目指した最新MRI画像解析-AIとモルフォロジー解析の活用2021

    • Author(s)
      舘脇康子, 瀧靖之
    • Journal Title

      Clinical Neuroscience

      Volume: 39 Pages: 1251-1253

  • [Presentation] Impact of social activity on depressive symptoms and brain regional gray matter.2021

    • Author(s)
      Yingxu Liu, Benjamin Thyreau, Yasuko Tatewaki, Ye Zhang, Izumi Matsudaira, Yuji Takano, Naoki Hirabayashi, Yoshihiko Furuta, Jun Hata, Toshiharu Ninomiya, Yasuyuki Taki.
    • Organizer
      第40回日本認知症学会
  • [Presentation] アルツハイマー病の進行に関与する便秘の影響についての検討.2021

    • Author(s)
      中瀬泰然, 舘脇康子, Thyreau Benjamin, 武藤達士, 冨田尚希, 山本修三, 髙野由美, 村中美千帆, 瀧靖之.
    • Organizer
      第40回日本認知症学会
  • [Presentation] 認知症病態に関わる心房細動の影響についての検討.2021

    • Author(s)
      中瀬泰然, 竹石潤平, 舘脇康子, Thyreau Benjamin, 武藤達士, 冨田尚希, 山本修三, 髙野由美, 村中美千帆, 瀧靖之.
    • Organizer
      第40回日本認知症学会
  • [Presentation] コロナワクチン接種後に多臓器の障害が見られた高齢認知症の1例.2021

    • Author(s)
      村中美千帆, 冨田尚希, 中瀬泰然, 髙野由美, 山本修三, 舘脇康子, 武藤達士, 瀧靖之.
    • Organizer
      第32回日本老年医学会東北地方会
  • [Presentation] 1.Altruistic Social Activity Impacts on Depressive Symptoms and Brain Regional Gray Matter Volume: Voxel-Based Morphometry Analysis from 8695 Old Adults.2021

    • Author(s)
      LIU Y, Zhang Y, Tatewaki Y, Matsudaira I, Takano Y, Hirabayashi N, Furuta Y, Hata J, Ninomiya T, Taki Y.
    • Organizer
      第16回生命医科学研究所ネットワーク国際シンポジウム
  • [Presentation] 位相差強調画像化法におけるアミロイド斑評価の精度・再現性の向上:モルフォロジー演算の応用2021

    • Author(s)
      荒井晃、舘脇康子、米田哲也、武藤達士、Benjamin Thyreau, 石木愛子, 永坂竜男、明石敏昭、荒井啓行、瀧靖之
    • Organizer
      第80回日本医学放射線学会総会
  • [Presentation] Voxel-based morphometry reveals cerebellar brain volume differences associated with subclinical ADHD.2021

    • Author(s)
      Asaoka H, Tatewaki Y, Matsudaira I, Takeuchi H, Kawashima R, Taki Y.
    • Organizer
      The Organization for Human Brain Mapping annualmeeting The 27th
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Voxel-Based Morphometry Reveals That Different Subtypes of Bully Victimization Have Different Effects on the Brain.2021

    • Author(s)
      Fujiwara S, Matsudaira I, Tatewaki Y, Takeuchi H, Kawashima R, Taki Y.
    • Organizer
      the American Academy of Child & Adolescent Psychiatry annualmeeting The 68th
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 画像処理方法、プログラム、および画像処理装置2022

    • Inventor(s)
      舘脇康子、荒井晃、米田哲也
    • Industrial Property Rights Holder
      舘脇康子、荒井晃、米田哲也
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2022/7747
    • Overseas

URL: 

Published: 2022-12-28  

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