先端的脳MRIと疾患進行モデリングを用いた神経変性疾患の進行予測

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K07690
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 下地 啓五 順天堂大学, 医学部, 准教授 (20348931)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: brain / MRI / 拡散テンソルイメージング / 神経突起イメージング / DTI-ALPS / harmonization

Outline of Annual Research Achievements

大脳皮質基底膜症候群を呈する大脳皮質変性症（CBD-CBS）とリチャードソン症候群を伴う進行性核上性麻痺（PSP-RS）の鑑別は特に初期においては臨床症状や病態が密接に重なるためしばしば困難である。我々はクラスタリングと疾患進行モデリングを統合した新しい教師なし機械学習技術であるSubtype and Stage Inference（SuStaIn）を用いて、横断的データに基づく純粋なCBS患者とPSP-RS患者の脳萎縮の時間的進行パターンの違いを論文化し、昨年度報告した（Saito, Shimoji, et al. Front Neurol. 2022）。当初、令和4~5年度に予定していた次世代的定量MRIや臨床データを用いた脳神経変性疾患の進行パターンの推定の検討を進める予定であった。しかし、利用可能なデータが多施設で取得されたものでありMRI機種や撮像プロトコルが異なるため、疾患による変化と施設間差による影響を分離できない問題があった。まず、この「施設間差による影響を除去（調和）」するため、拡散MRI定量値（拡散テンソルイメージング・神経突起イメージング・diffusion tensor image analysis along the perivascular space [DTI-ALPS]）の調和を検討し、多施設データを用いた場合でも施設間差による影響を除去して、疾患による影響を検出可能であることを示した。本研究の、拡散テンソルイメージング・神経突起イメージングの調和については国内外で報告の上、投稿準備中である（Saito, Shimoji, et al. Nat. Commun. 2023 [予定]）。DTI-ALPSの調和については国内外で報告の上、論文化した（Saito, Shimoji, et al. Jpn J Radiol 2023）。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初、令和4~5年度に予定していた次世代的定量MRIや臨床データを用いた脳神経変性疾患の進行パターンの推定の検討を進める上で問題となっていた「施設間差による影響を除去（調和）」を解決するため、拡散MRI定量値の調和を検討し、多施設データを用いた場合でも施設間差による影響を除去して、疾患による影響を検出可能であることを示した。本研究の、拡散テンソルイメージング・神経突起イメージングの調和については国内外で報告の上、投稿準備中である（Saito, Shimoji, et al. Nat. Commun. 2023 [予定]）。DTI-ALPSの調和については国内外で報告の上、論文化した（Saito, Shimoji, et al. Jpn J Radiol 2023）。

Strategy for Future Research Activity

昨年度に実装した調和技術を次世代的定量MRIに適応し、疾患進行パターンとそのサブタイプ分類が可能な教師なし機械学習SuStaInを用いて、当初予定していた、次世代的定量MRIや臨床データを用いた脳神経変性疾患の進行パターンの推定の検討を進める。

Causes of Carryover

国内学会（2件：100,000円）と国際学会（2件：400,000円）の現地参加を予定していたが、新型コロナウイルス感染症まん延防止のためでWeb開催となり、旅費が必要なくなったため。また、本研究成果である原著論文のオープンアクセス費（2編：$7580, 約1,000,000円）を別の研究費で執行したため次年度使用額が生じた。現在、本研究に関連する論文を2編執筆中であり、論文の英文校正費（2件：300,000）およびオープンアクセス費（2件：$7580, 約1,000,000円）必要である。これらの費用を次年度使用額と翌年度分の助成金で執行予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Centre for Medical Image Computing/Department of Computer Science/University College London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Centre for Medical Image Computing/Department of Computer Science/University College London
• [Journal Article] Reproducibility of automated calculation technique for diffusion tensor image analysis along the perivascular space (2023)
  • Author(s): Saito Yuya、Kamagata Koji、Andica Christina、Uchida Wataru、Takabayashi Kaito、Yoshida Seina、Nakaya Moto、Tanaka Yuya、Kamiyo Satoru、Sato Kanako、Nishizawa Mitsuo、Akashi Toshiaki、Shimoji Keigo、Wada Akihiko、Aoki Shigeki
  • Journal Title: Japanese Journal of Radiology Volume: － Pages: －
  • DOI: 10.1007/s11604-023-01415-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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 and Shigeki Aoki
  • Organizer: ISMRM Annual Meeting & Exhibition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Classification of corticobasal degeneration and progressive supranuclear palsy using machine learning based on brain MRI (2022)
  • Author(s): Yuya Saito , Koji Kamagata , Christina Andica, Wataru Uchida, Takabayashi Kaito, Mana Owaki, Akifumi Hagiwara, Shohei Fujita, Toshiaki Akashi, Akihiko Wada, Keigo Shimoji, Masaaki Hori, and Shigeki Aoki
  • Organizer: 第45回日本脳神経CI学会総会
• [Presentation] Impact of DTI metrics harmonization on multicenter Alzheimer’s disease study (2022)
  • Author(s): Yuya Saito , Koji Kamagata , Christina Andica, Wataru Uchida, Takabayashi Kaito, Seina Yoshida, Mana Owaki, Akifumi Hagiwara, Shohei Fujita, Toshiaki Akashi, Akihiko Wada, Ryusuke Irie, Keigo Shimoji, Masaaki Hori, and Shigeki Aoki
  • Organizer: 第50回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] Harmonization of multicenter DTI and NODDI data using ComBat and TS-GLM (2022)
  • Author(s): Yuya Saito, Koji Kamagata, Christina Andica, Norihide Maikusa, Wataru Uchida, Takabayashi Kaito, Seina Yoshida, Mana Owaki, Akifumi Hagiwara, Shohei Fujita, Toshiaki Akashi, Akihiko Wada, Ryusuke Irie, Keigo Shimoji, Masaaki Hori, Kohei Kamiya, Shinsuke Koike, Takuya Hayashi, and Shigeki Aoki
  • Organizer: 第50回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] Harmonization of multi-site DTI and NODDI data using the combined association test (2022)
  • Author(s): Yuya Saito, Koji Kamagata, Christina Andica, Norihide Maikusa, Wataru Uchida, Takabayashi Kaito, Seina Yoshida, Mana Owaki, Akifumi Hagiwara, Shohei Fujita, Toshiaki Akashi, Akihiko Wada, Ryusuke Irie, Keigo Shimoji, Masaaki Hori, Kohei Kamiya, Shinsuke Koike, Takuya Hayashi, and Shigeki Aoki
  • Organizer: ISMRM 31th Annual Meeting & Exhibition
  • Int'l Joint Research