アルツハイマー病に対する機械学習を用いた非侵襲的MRI バイオマーカーの創設

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K10414
• 研究機関: 京都府立医科大学
• 研究代表者: 山田 惠 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80315960)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: MRI / 拡散強調画像 / アルツハイマー病 / 教師付き機械学習 / deep learning

研究実績の概要

本研究費による研究成果は以下の三つに大別することが可能である。
①MRI の撮影手法や画像解析に関する研究成果 ②アルツハイマー病の病態解析に関する研究成果 ③機械学習に関する研究成果　の三者である。
①MRI の撮影手法や画像解析：拡散強調画像の変法であるq-space imaging に関する研究を行い、従来法と比べて大幅に時間を短縮する手法を発表した。撮影時間短縮のもう一つの決め手が多断面励起法 (Simultaneous Multi-Slice; SMS) であり、当研究チームで臨床症例にて良好な結果を得た。またTRACULAと呼ばれる拡散強調像の処理法や、脳の segmentation の方法に関する研究を発表した。さらには拡散強調像を用いた温度測定に関しても検討を進めた。その結果に関しては次のセッションで触れる。
②アルツハイマー病の病態解析：高解像度のMRI 画像を解析するで様々な部位における体積低下が生じている事をあきらかにした。例えば松果体の体積が有意に 低下している事を示した。ほかにも頭頂葉楔全部の低下が生じることを示した。これらの部位は睡眠と関連しており、機能不全となることで睡眠の質が低下し、 さらこれが病態進行の促進に繋がっている可能性が考慮された。また様々な臨床テストにおける成績が脳のどの部分と対比するかに関しても研究をし、 特定の部位の大脳皮質の体積低下が示された。さらには患者群における脳温測定を行ったが，対象群と差がないことが示された。これは恐らく脳代謝と脳血流が 共に低下しているためと考えられる（matched hypoperfusion）。
③機械学習：これまでの機械学習を用いた研究の方向性に関して検証を行い、どのような研究がここ数年で行われているか、という調査結果を学会誌で公表した。さらには機械学習の将来性と限界を検証した論文も公表した。

研究成果

• [雑誌論文] Association between cerebrovasoreactivity and stroke in cerebral autosomal dominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy (2023)
  • 著者名/発表者名: Mukai Mao、Hamano Ai、Mizuta Ikuko、Yokota Isao、Watanabe-Hosomi Akiko、Matsuura Hiraku、Koizumi Takashi、Matsuura Jun、Ohara Tomoyuki、Matsushima Shigenori、Teramukai Satoshi、Yamada Kei、Mizuno Toshiki
  • 雑誌名: Frontiers in Neurology 巻: 13 ページ: 1087220
  • DOI: 10.3389/fneur.2022.1087220
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Does cerebrospinal fluid pulsation affect diffusion‐weighted imaging thermometry? A study in healthy volunteers (2022)
  • 著者名/発表者名: Sakai Koji、Kentaro Akazawa、Tazoe Jun、Ikeno Hiroyasu、Nakagawa Toshiaki、Yamada Kei
  • 雑誌名: NMR in Biomedicine 巻: 35 ページ: e4738
  • DOI: 10.1002/nbm.4738
  • 査読あり
• [雑誌論文] DWI-based MR thermometry: could it discriminate Alzheimer’s disease from mild cognitive impairment and healthy subjects? (2022)
  • 著者名/発表者名: Asfuroglu BB, Topkan TA, Kaydu NE, Sakai K, Oner AY, Karaman Y, Yamada K, Tali ET.
  • 雑誌名: Neuroradiology 巻: 64 ページ: 1979～1987
  • DOI: 10.1007/s00234-022-02969-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Association Between Cerebral Microbleeds and Circulating Levels of Mid-Regional Pro-Adrenomedullin (2022)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama N, Koyama T, Ozaki E, Saito S, Ihara M, Matsui D, Watanabe I, Kondo M, Marunaka Y, Takada A, Akazawa K, Tomida S, Nagamitsu R, Miyatani F, Miyake M, Nakano E, Kobayashi D, Watanabe Y, Mizuno S, Maekawa M, Yoshida T, Nukaya Y, Mizuno T, Yamada K, Uehara R.
  • 雑誌名: Journal of Alzheimer's Disease 巻: 88 ページ: 731～741
  • DOI: 10.3233/JAD-220195
  • 査読あり
• [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: Annals of Nuclear Medicine 巻: 36 ページ: 1039～1049
  • DOI: 10.1007/s12149-022-01792-y
  • 査読あり / オープンアクセス