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MRI・バイオマーカーによる脳循環自動調節能メカニズム解明及びAIによるその評価

研究課題

研究課題/領域番号 21K09092
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56010:脳神経外科学関連
研究機関東北大学

研究代表者

井上 敬  東北大学, 医学系研究科, 非常勤講師 (70326651)

研究分担者 冨永 悌二  東北大学, 大学病院, 教授 (00217548)
新妻 邦泰  東北大学, 医工学研究科, 教授 (10643330)
園部 真也  東北大学, 大学病院, 助教 (30869079)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
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AI / バイオマーカー / 脳循環 / 血管内治療 / 手術 / 神経損傷 / tRNA由来物 / MRI / 脳循環予備能 / 脳卒中
研究開始時の研究の概要

本研究では多彩なMRIデータ・多数のバイオマーカーを統合的に検討し、さらにAI技術を組み合わせることにより、より確実な脳循環自動調節能障害評価、血行再建術術後過灌流予測を行うことができるようになるとを期待している。本研究により術後合併症を予測することが可能となれば、個々の患者ごとに最適化された医療・リハビリテーションを提供することが可能となり、医療資源の有効活用や、要介護状態症例が減少し社会医学的にも貢献しうると考えられる。

研究実績の概要

今年度は、引き続きバイオマーカーによる神経損傷程度推定法を検討した。今年度も、比較的症例数の多い慢性硬膜下血腫症例でのバイオマーカー探索を行った。特に画像バイオマーカーとしてMRIを用いた脳血流画像の有効性を検討した。具体的には脳血流の変化と神経症状との関連を検討した。術前、術後に脳血流を測定し、術後の神経症状と比較した。その結果、術後過灌流とせん妄との関係が明らかになった。今年度は通常の治療法に加え、血管内治療を行なった場合の脳血流・神経症状に及ぼす影響も検討した。脳血管内治療は古典的な手術に比べると脳血流に及ぼす影響は小さいことが示唆されている。来年度も引き続き手術法ごとの脳血流に及ぼす影響を検討する予定である。
さらに、AIによる神経機能評価法の基礎的な検討も引き続き行っている。AIによるdeep learning はこれまでの統計学的手法では抽出困難な危険因子を同定できる可能性がある。しかし、deep learningでは古典的統計学的手法に比べ、必要症例数が飛躍的に増加する。脳循環予備能推定が本研究の最終目標であるが、本年度は昨年度の慢性硬膜下血腫手術例に加え脳内出血症例も対象に加えた。統計学的手法では術後神経機能回復が遅れる危険因子として、年齢・術前意識レベルなどが抽出された。AIを用いた検討では、これら以外にリハビリテーションの有無が、術後神経機能回復と関係があることが示唆された。統計学的手法ではリハビリテーションの有無は交絡因子とされたが、AIでの検討では独立因子と判定された。ここまでの検討では脳内出血例では手術加療は術後転帰を改善しない可能性が示唆された。今後はさらに症例数を増やすことにより、手術加療の臨床的有効性を明らかにしたい。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では、5年間で4つのメインテーマを完遂し、さらにその4つを統合的に評価する手法を開発し、それを持ってして脳卒中診療にインパクトを与えることを目標としている。
本年度までに、4つのメインテーマ、すなわちMRIによる検討、バイオマーカによる検討、過灌流モデル動物実験、AIによる検討のうち、バイオマーカーによる検討およびAIによる検討を始めることができた。バイオマーカーは研究者らが既に脳卒中領域での有効性を報告していたtRNA由来物を採用した。さらに血液バイオマーカーに加え、画像診断そのものをバイオマーカーとすることにより、適切な症例選択が可能となる可能性が示唆された。今後は慢性期症例での検討追加や、手術適応決定に応用したい。
AIによる検討も基礎的な部分から開始することができた。AIによるdeep learningは様々な分野での応用が期待される。医療分野で応用する場合に問題となるのは、かなり多数例を検討しないと臨床的に有効な結果が出ないことである。そこで本研究では、研究期間を通じて症例数を蓄積することにした。本年度は症例数の多い疾患に集中してAIによる検討を行った。脳神経外科領域では慢性硬膜下血腫、脳内出血は手術症例も多く、その検討は臨床的feedbackも多数期待される。これまでも統計学的手法により、術後神経症状増悪の危険因子がいくつか報告されてきた。高齢であること、術前意識状態が不良であることは、これまでの報告同様、今回の研究でも危険因子と判定された。AIではさらにリハビリテーションの有無が抽出された。しかし、脳内出血例では手術の効果は限定的であった。今後はその臨床的意義をさらに検討したい。
MRIによる脳循環測定法も臨床的に問題なく施行可能であることが確認できた。今後はさらに症例数を増やしたい。

今後の研究の推進方策

4年目以降は、動物実験、MRIによる検討も基礎的な部分から開始したい。動物実験は既に研究者らが開発済みの過灌流モデルマウスを使用する予定である。過灌流現象は臨床的にも観察される事象であるが、その機序は未だ不明である。動物実験で、脳血流自動調節能が破綻した部位をまず確認する予定である。その上で、生化学的な手法を用いることにより、過灌流現象発現メカニズム解明に挑みたい。抵抗血管周辺の細胞内カルシウム濃度低下が重要な役割を担っていると予想している。
MRIも脳血流検査はほぼ確立することができたが、今後はさらに多面的な撮像法を組み合わせることにより、急性期症例で不可逆的神経損傷領域を描出することを試みる予定である。さらに慢性期症例では可逆的な神経損傷を描出することを予定している。脳循環予備能が低下した症例では将来の脳梗塞リスクが増加するが、これまでは核医学的手法が必要とされてきた。MRIによるpH測定、脳血流測定が脳梗塞リスク評価可能か、あるいは手術適応決定に寄与しうるか、検討する予定である。
バイオマーカーによる検討、AIによる検討も引き続き行う予定である。それぞれ3年間である程度課題は解決できたと考えている。4年目以降は症例数を増加させるとともに、手術症例・さらには血管内治療症例の検討も加えていきたい。治療前と治療後の結果を検討することにより、手術適応決定に関与する因子の抽出を行う予定である。さらに、多数例をAI解析することにより、いくつかの手術手法から、どの手法が最も優れた結果を出すことができるか、術前に決定するためのプログラムを作成可能と予想している。
最終的には、脳循環予備能機序解明・画像診断・バイオマーカー診断をAI処理することにより、臨床応用への礎としたい。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 5件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] The prognostic values of plasma desmosines, crosslinking molecules of elastic fibers, in the disease progression of Moyamoya disease2024

    • 著者名/発表者名
      Tashiro Ryosuke、Anzawa Riki、Inoue Tomoo、Mikagi Ayame、Ozaki Dan、Tominaga Keita、Inoue Takashi、Ishida Tomohisa、Fujimura Miki、Usuki Toyonobu、Endo Hidenori、Niizuma Kuniyasu、Tominaga Teiji
    • 雑誌名

      Bioorganic & Medicinal Chemistry

      巻: 100 ページ: 117602-117602

    • DOI

      10.1016/j.bmc.2024.117602

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functional Outcome in Patients with Chronic Subdural Hematoma: Postoperative Delirium and Operative Procedure2022

    • 著者名/発表者名
      ISHIDA Tomohisa、INOUE Takashi、INOUE Tomoo、SAITO Atsushi、SUZUKI Shinsuke、UENOHARA Hiroshi、TOMINAGA Teiji
    • 雑誌名

      Neurologia medico-chirurgica

      巻: 62 号: 4 ページ: 171-176

    • DOI

      10.2176/jns-nmc.2020-0319

    • ISSN
      0470-8105, 1349-8029
    • 年月日
      2022-04-15
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rupture of an adjacent cerebral aneurysm following the deployment of a Pipeline embolization device: illustrative case2022

    • 著者名/発表者名
      Nakayashiki Atsushi、Sakata Hiroyuki、Ezura Masayuki、Endo Hidenori、Inoue Takashi、Saito Atsushi、Tominaga Teiji
    • 雑誌名

      Journal of Neurosurgery: Case Lessons

      巻: 3 号: 14

    • DOI

      10.3171/case21651

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Isotope-dilution LC-MS/MS analysis of the elastin crosslinkers desmosine and isodesmosine in acute cerebral stroke patients2022

    • 著者名/発表者名
      Mikagi Ayame、Tashiro Ryosuke、Inoue Tomoo、Anzawa Riki、Imura Akiho、Tanigawa Takahiro、Ishida Tomohisa、Inoue Takashi、Niizuma Kuniyasu、Tominaga Teiji、Usuki Toyonobu
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 12 号: 49 ページ: 31769-31777

    • DOI

      10.1039/d2ra06009d

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Potential hemorrhagic risk of endovascular revascularization therapy due to recanalization of the dissected perforator in intracranial internal carotid artery dissection: A case report2022

    • 著者名/発表者名
      Ishida Tomohisa、Sakata Hiroyuki、Ezura Masayuki、Inoue Takashi、Saito Atsushi、Suzuki Hiroyoshi、Tominaga Teiji
    • 雑誌名

      Surgical Neurology International

      巻: 13 ページ: 71-71

    • DOI

      10.25259/sni_938_2021

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Plasma tRNA derivatives concentrations for detecting early brain damage in patients with acute large vessel occlusion and predicting clinical outcomes after endovascular thrombectomy2022

    • 著者名/発表者名
      Ishida Tomohisa、Inoue Takashi、Niizuma Kuniyasu、Inoue Tomoo、Sasaki Keisuke、Sakata Hiroyuki、Ezura Masayuki、Uenohara Hiroshi、Abe Takaaki、Tominaga Teiji
    • 雑誌名

      Clinical Neurology and Neurosurgery

      巻: 220 ページ: 107358-107358

    • DOI

      10.1016/j.clineuro.2022.107358

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Giant intraosseous meningioma associated with calvarial hyperostosis and subcutaneous invasion: Case reports and literature review2021

    • 著者名/発表者名
      Saito Atsushi、Sasaki Keisuke、Nishijima Yasuo、Inoue Takashi、Suzuki Shinsuke、Ezura Masayuki、Uenohara Hiroshi、Tominaga Teiji
    • 雑誌名

      Asian Journal of Neurosurgery

      巻: 16 号: 03 ページ: 589-589

    • DOI

      10.4103/ajns.ajns_534_20

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relationship between Pathological Characteristics and Radiological Findings on Perfusion MR Imaging of Meningioma2021

    • 著者名/発表者名
      SAITO Atsushi、INOUE Takashi、SUZUKI Shinsuke、EZURA Masayuki、UENOHARA Hiroshi、TOMINAGA Teiji
    • 雑誌名

      Neurologia medico-chirurgica

      巻: 61 号: 3 ページ: 228-235

    • DOI

      10.2176/nmc.oa.2020-0131

    • NAID

      130007998627

    • ISSN
      0470-8105, 1349-8029
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Carotid artery stenting in a patient with an incidentally found double aortic arch: A case report2021

    • 著者名/発表者名
      Kitamura Yuki、Sakata Hiroyuki、Ezura Masayuki、Ishida Tomohisa、Endo Hidenori、Inoue Takashi、Tominaga Teiji
    • 雑誌名

      Interventional Neuroradiology

      巻: - 号: 5 ページ: 722-726

    • DOI

      10.1177/15910199211001717

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Brain Temperature Measured by Magnetic Resonance Spectroscopy to Predict Clinical Outcome in Patients with Infarction2021

    • 著者名/発表者名
      Ishida Tomohisa、Inoue Takashi、Inoue Tomoo、Endo Toshiki、Fujimura Miki、Niizuma Kuniyasu、Endo Hidenori、Tominaga Teiji
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 21 号: 2 ページ: 490-490

    • DOI

      10.3390/s21020490

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 未破裂脳動脈瘤と頭痛: 本当に未破裂か?2023

    • 著者名/発表者名
      井上敬、大友智、江面正幸、冨永悌二
    • 学会等名
      第52回日本脳卒中の外科
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Highways of Brain2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Inoue, Hidenori Endo
    • 学会等名
      ISMRM2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 頭痛診療の新たな展開:頭痛専門医による未破裂脳動脈瘤経過観察2023

    • 著者名/発表者名
      井上敬、江面正幸、大友智、遠藤英徳
    • 学会等名
      第82回日本脳神経外科学会学術総会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ASLによる慢性硬膜下血腫術後脳循環評価2023

    • 著者名/発表者名
      井上敬、大友智、遠藤英徳
    • 学会等名
      第51回日本磁気共鳴医学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 慢性硬膜下血腫術後脳循環評価2023

    • 著者名/発表者名
      井上敬、大友智、遠藤英徳
    • 学会等名
      第66回日本脳循環代謝学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 商用AIサービスによる慢性硬膜下血腫転帰予測2022

    • 著者名/発表者名
      井上敬、石田朋久、大友智、上之原広司、冨永悌二
    • 学会等名
      第31回日本コンピュータ外科学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] コイル塞栓術後開頭クリッピング術2022

    • 著者名/発表者名
      井上敬、江面正幸、坂田洋之、大友智、上之原広司、冨永悌二
    • 学会等名
      第81回日本脳神経外科学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 術前MRI で髄膜腫と診断された中枢性悪性リンパ腫: MALTリンパ腫の一例2022

    • 著者名/発表者名
      井上敬、大友智、冨永悌二
    • 学会等名
      第50回日本磁気共鳴医学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 外傷性内頚動脈海綿静脈洞瘻に対する新たな治療戦略:二期的コイル塞栓・flow diverter を行った2症例2022

    • 著者名/発表者名
      井上敬、松本康史、面高俊介、森田隆弘、鹿毛淳史、藤森健司、古知龍三郎、轟和典、冨永悌二
    • 学会等名
      第38回日本脳神経血管内治療学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 慢性硬膜下血腫に対する手術法2022

    • 著者名/発表者名
      井上敬、石田朋久、大友智、上之原広司、冨永悌二
    • 学会等名
      第65回日本脳循環代謝学会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 微小血管減圧術の硬膜閉鎖は水密にすべきか2022

    • 著者名/発表者名
      井上敬、斉藤敦志、大友智、江面正幸、上之原広司、冨永悌二
    • 学会等名
      第24回日本脳神経減圧術学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 血管内治療慢性期に開頭クリッピング術を施行した動脈瘤の特徴2022

    • 著者名/発表者名
      井上敬、江面正幸、坂田洋之、斉藤敦志、遠藤英徳、大友智、上之原広司、冨永悌二
    • 学会等名
      第51回日本脳卒中の外科学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] CEA術中 ICG による術後過灌流予測2021

    • 著者名/発表者名
      井上敬、石田朋久、坂田洋之、遠藤英徳、江面正幸、上之原広司、斉藤敦志、新妻邦泰、冨永悌二
    • 学会等名
      第44回日本脳神経CI学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳主幹動脈閉塞症に対し急性期緊急バイパスを施行した症例の検討2021

    • 著者名/発表者名
      井上敬、藤村幹、遠藤英徳、坂田洋之、江面正幸、上之原広司、新妻邦泰、冨永悌二
    • 学会等名
      第39回The Mt. Fuji Workshop on CVD
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 未破裂脳動脈瘤経過観察中の至適MRA間隔2021

    • 著者名/発表者名
      井上敬、江面正幸、上之原広司、大友智、冨永悌二
    • 学会等名
      第49回日本磁気共鳴医学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 未破裂脳動脈瘤は治療すべきか:ランダム化比較試験の可能性2021

    • 著者名/発表者名
      井上敬、江面正幸、上之原広司、大友智、冨永悌二
    • 学会等名
      第80回日本脳神経外科学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] コイル塞栓術後慢性期に開頭クリッピング術を施行した症例の特徴2021

    • 著者名/発表者名
      井上敬、江面正幸、坂田洋之、大友智、上之原広司、冨永悌二
    • 学会等名
      第37回日本脳神経血管内治療学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] AIによる慢性硬膜下血腫転帰予測2021

    • 著者名/発表者名
      井上敬、石田朋久、大友智、上之原広司、冨永悌二
    • 学会等名
      第64回日本脳循環代謝学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 慢性硬膜下血腫再発因子としての頭痛: AIによる検討2021

    • 著者名/発表者名
      井上敬、石田朋久、大友智、上之原広司、冨永悌二
    • 学会等名
      第49回日本頭痛学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳血管性障害による頭痛:性状・診断・治療_Headache due to cerebrovascular diseases: Symptom/Diagnosis/Treatment2021

    • 著者名/発表者名
      井上敬、冨永悌二
    • 学会等名
      第49回日本頭痛学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] 最新臨床脳卒中学第2版下2022

    • 著者名/発表者名
      井上敬
    • 総ページ数
      721
    • 出版者
      日本臨床社
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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