脳構造ネットワーク解析によるアルツハイマー病の超早期診断に関する研究

• 研究課題/領域番号: 21K07583
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52040:放射線科学関連
• 研究機関: 一般財団法人脳神経疾患研究所 (2023); 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター (2021-2022)
• 研究代表者: 松田 博史 一般財団法人脳神経疾患研究所, 南東北創薬・サイクロトロン研究センター, 院長 (90173848)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 認知症 / MRI / ネットワーク

研究開始時の研究の概要

認知症性疾患の超早期の診断には、神経心理検査は精度が低く、客観的バイオマーカとして脳の画像診断が期待されている。MRIは非侵襲的であり比較的安価で繰り返し測定も容易なことから応用が望まれる。しかし、認知症の超早期において脳萎縮はごく軽度であり、従来の脳体積測定や皮質厚測定では異常を発見しがたい。一方、脳内ネットワーク解析は脳局所の相互の関連を数学的に解析する手法であり、超早期でのネットワーク異常を鋭敏に検出しうると推測される。本研究では、MRIの中でも特に普遍性の高い全脳の3次元T1強調画像に注目し、グラフ理論による構造ネットワーク解析を応用することにより超早期診断における有用性を検討する。

研究実績の概要

アミロイドPET陽性は、アルツハイマー病（AD）の診断の前提条件である。日常臨床でアルツハイマー病と診断される症例のうち、約30％にアミロイドPET陰性例が含まれると報告されており、アミロイドPETはAD診断に大きな影響を与えることが分かっている。しかし、ADが疑われるすべての患者にアミロイドPETを実施することはできず、アミロイド陽性を予測する他のバイオマーカーが必要とされる。本研究では、このバイオマーカーとして、構造的T1強調MRIに着目した。(方法）臨床的にADの可能性があると診断された患者のうち、脳血流SPECTでADに特徴的なパターンを示さなかった55名（男性29名、女性26名、年齢は平均72歳、MMSEスコアは平均25）を対象とした。 全員に3DT1強調画像を含むMRIと11C-PiB(32例)または18F-NAV4694(23例)によるアミロイドPETを実施した。アミロイド蓄積はCentiloid Scale (CL)を用いて定量化した。3DT1強調画像から灰白質を抽出し、個人レベルの脳内ネットワーク解析をグラフ理論に基づいて行い、脳内ネットワークのハブ領域を表すbetweenness centrality（BC）画像とCLとの相関を求めた。共変量は、グラフ解析に使用したノード数、機械学習手法を用いてMRIから得た脳年齢とした。(結果）55人中29人が、視覚的解釈によりアミロイドPET所見が陽性であった。全体のCLは平均39であった。CLとBCの相関は、楔前部でZスコア3.17 (p<0.001) と有意な逆相関を示した。(結論）ADの可能性のある患者において、構造ネットワークのMRI解析により、アミロイド蓄積の程度を推定することができた。アミロイドの早期蓄積を伴う楔前部のハブ領域としてのネットワーク異常は、ADに特徴的な所見といえる。

研究成果

• [雑誌論文] Relationship between the tau protein and choroid plexus volume in Alzheimer’s disease (2023)
  • 著者名/発表者名: Ota M, Sato N, Nakaya M, Shigemoto Y, Kimura Y, Chiba E, Yokoi Y, Tsukamoto T, Matsuda
  • 雑誌名: Neuroreport 巻: 34(11) 号: 11 ページ: 546-550
  • DOI: 10.1097/wnr.0000000000001923
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tau positron emission tomography in patients with cognitive impairment and suspected Alzheimer’s disease (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Hiroshi、Yamao Tensho
  • 雑誌名: 福島医学会 巻: 69 号: 2 ページ: 85-93
  • DOI: 10.5387/fms.2023-08
  • ISSN: 0016-2590, 2185-4610
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of software for measuring brain amyloid accumulation using ¹⁸F‐florbetapir PET and calculating global Centiloid scale and regional <i>Z</i>‐score values (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Hiroshi、Soma Tsutomu、Okita Kyoji、Shigemoto Yoko、Sato Noriko
  • 雑誌名: Brain and Behavior 巻: 13 号: 7
  • DOI: 10.1002/brb3.3092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Free‐water‐corrected diffusion and adrenergic/muscarinic antibodies in myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome (2023)
  • 著者名/発表者名: Kimura Yukio、Sato Wakiro、Maikusa Norihide、Ota Miho、Shigemoto Yoko、Chiba Emiko、Arizono Elly、Maki Hiroyuki、Shin Isu、Amano Keiko、Matsuda Hiroshi、Yamamura Takashi、Sato Noriko
  • 雑誌名: Journal of Neuroimaging 巻: 33 号: 5 ページ: 845-851
  • DOI: 10.1111/jon.13128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Brain Abnormalities in Becker Muscular Dystrophy: Evaluation by Voxel-Based DTI and Morphometric Analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: Maki Hiroyuki、Mori-Yoshimura Madoka、Matsuda Hiroshi、Hashimoto Yasumasa、Ota Miho、Kimura Yukio、Shigemoto Yoko、Ishihara Naoko、Kan Hirohito、Chiba Emiko、Arizono Elly、Yoshida Sumiko、Takahashi Yuji、Sato Noriko
  • 雑誌名: American Journal of Neuroradiology 巻: 44 号: 12 ページ: 1405-1410
  • DOI: 10.3174/ajnr.a8041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between the regional brain volume and glymphatic system activity in progressive supranuclear palsy. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ota M, Sato N, Takahashi Y, Shigemoto Y, Kimura Y, Nakaya M, Chiba E, Matsuda H.
  • 雑誌名: Dement Geriatr Cogn Disord. 巻: - 号: 3 ページ: 177-183
  • DOI: 10.1159/000530075
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Software development for quantitative analysis of brain amyloid PET (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Hiroshi、Yamao Tensho
  • 雑誌名: Brain and Behavior 巻: 12 号: 3
  • DOI: 10.1002/brb3.2499
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The accuracy of T1-weighted voxel-wise and region-wise metrics for brain age estimation. (2022)
  • 著者名/発表者名: Beheshti I, Maikusa N, Matsuda H
  • 雑誌名: Comput Methods Programs Biomed 巻: 214 ページ: 106585-106585
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-standard pipeline without MRI has replicability in computation of Centiloid scale values for PiB and 18F-labeled amyloid PET tracers. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujishima M, Matsuda H
  • 雑誌名: Neuroimage: Reports 巻: 2 号: 3 ページ: 100101-100101
  • DOI: 10.1016/j.ynirp.2022.100101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Relationships Between the Deposition of Amyloid-β and Tau Protein and Glymphatic System Activity in Alzheimer's Disease: Diffusion Tensor Image Study. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ota M, Sato N, Nakaya M, Shigemoto Y, Kimura Y, Chiba E, Yokoi Y, Tsukamoto T, Matsuda H.
  • 雑誌名: J Alzheimers Dis. 巻: 90(1) 号: 1 ページ: 295-303
  • DOI: 10.3233/jad-220534
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clinical impact of amyloid PET using 18F-florbetapir in patients with cognitive impairment and suspected Alzheimer's disease: a multicenter study. (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H, Okita K, Motoi Y, Mizuno T, Ikeda M, Sanjo N, Murakami K, Kambe T, Takayama T, Yamada K, Suehiro T, Matsunaga K, Yokota T, Tateishi U, Shigemoto Y, Kimura Y, Chiba E, Kawashima T, Tomo Y, Tachimori H, Kimura Y, Sato N
  • 雑誌名: Ann Nucl Med 巻: 36 号: 12 ページ: 1039-1049
  • DOI: 10.1007/s12149-022-01792-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The accuracy of T1-weighted voxel-wise and region-wise metrics for brain age estimation (2022)
  • 著者名/発表者名: Beheshti Iman、Maikusa Norihide、Matsuda Hiroshi
  • 雑誌名: Computer Methods and Programs in Biomedicine 巻: 214 ページ: 106585-106585
  • DOI: 10.1016/j.cmpb.2021.106585
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Amyloid PET quantification using low-dose CT-guided anatomic standardization (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Hiroshi、Yamao Tensho、Shakado Mitsuru、Shigemoto Yoko、Okita Kyoji、Sato Noriko
  • 雑誌名: EJNMMI Research 巻: 11 号: 1 ページ: 125-125
  • DOI: 10.1186/s13550-021-00867-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Voxel-based correlation of 18F-THK5351 accumulation with gray matter structural networks in cognitively normal older adults (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoko Shigemoto, Daichi Sone, Norihide Maikusa, Yukio Kimura, Fumio Suzuki, Hiroyuki Fujii, Noriko Sato, Hiroshi Matsuda
  • 雑誌名: eNeurologicalSci 巻: 23 ページ: 100343-100343
  • DOI: 10.1016/j.ensci.2021.100343
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gray matter structural networks related to 18 F-THK5351 retention in cognitively normal older adults and Alzheimer's disease patients (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoko Shigemoto, Daichi Sone, Kyoji Okita, Norihide Maikusa, Tensho Yamao, Yukio Kimura, Fumio Suzuki, Hiroyuki Fujii, Koichi Kato, Noriko Sato, Hiroshi Matsuda
  • 雑誌名: eNeurologicalSci 巻: 22 ページ: 100309-100309
  • DOI: 10.1016/j.ensci.2021.100309
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Centiloid scale measure of amyloid PET by CT of PET/CT. 15th Annual meeting of Human Amyloid Imaging, (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H, Hanyu H, Kaneko C
  • 学会等名: Human Amyloid Imaging
  • 国際学会
• [学会発表] Deep learning based fully automatic approach to predict amyloid PET centiloid scales. (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamao T, Miwa K, Kaneko Y, Takahashi N, Miyaji N, Ito H, Matsuda H
  • 学会等名: Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging
  • 国際学会
• [学会発表] AT(N) profiles using amyloid and tau PET in patients with cognitive impairment and suspected Alzheimer’s disease. (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H
  • 学会等名: Joint Symposium on Nuclear Cardiology and Neurology Taiwan Society of Nuclear Medicine
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 18F-Florbetapirによるアミロイド定量ソフトウェアの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松田博史、相馬 努、沖田恭治、重本蓉子、佐藤典子
  • 学会等名: 第63回日本核医学会学術総会
• [学会発表] アミロイドとタウPETによるアルツハイマー病の診断 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松田博史、羽生春夫
  • 学会等名: 第42回日本認知症学会学術集会
• [学会発表] Centiloid scale measure of amyloid PET by CT-guided anatomic standardization. (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H, Hanyu H, Kaneko C.
  • 学会等名: Alzheimer’s Association International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] New Trends in Amyloid and Tau PET in Alzheimer’s disease. (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H
  • 学会等名: Taiwan International symposium on Neuro-Nuclear Medicine.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Amyloid and Tau PET in Alzheimer’s disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H
  • 学会等名: Joint Symposium on Nuclear Cardiology and Neurology Taiwan Society of Nuclear Medicine
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] arly experience of 18F-NAV4694 and 18F-MK6240 for amyloid and tau PET in dementia (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H, Hanyu H.
  • 学会等名: The 5th Cognitive Impairment Symposium
  • 招待講演
• [学会発表] Quantitative evaluation and its clinical impact of amyloid PET (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Matsuda
  • 学会等名: The 5th Conference of Asia-Pacific Aging Protection,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Reading and quantification of Amyloid PET (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Matsuda
  • 学会等名: Emirates International Virtual Conference in Nuclear Medicine, Molecular Imaging, and Theranostics
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Radiology-Nuclear Medicine Diagnostic Imaging: A Correlative Approach (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuda H, Shimosegawa E, Shigemoto Y, Sato N, Fujii H, Suzuki F, Kimura Y, Sugiyama A.
  • 総ページ数: 894
  • 出版者: Wiley-Blackwell.
• [図書] こう読む 認知症 原因診断のための脳画像: 内科系と脳外科の診断流儀 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松田博史 朝田 隆
  • 総ページ数: 408
  • 出版者: ぱーそん書房
  • ISBN: 9784907095772