脳脊髄疾患による四肢の運動感覚機能障害の回復過程における脊髄の微細構造変化の解明

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K08161
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 堀 正明 順天堂大学, 医学部, 客員准教授 (40334867)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 脊髄 / MRI / 定量分析 / 髄鞘 / 軸索

研究実績の概要

前年度から引き続き、脊髄脊椎のMRI撮像手法の至適化および解析法の検討、正常ボランティアでの試行および確認を行った。本研究に関連する過去の研究成果から、脊髄の軸索のマッピングおよび定量解析として、脊髄の形態的、解剖学的な特殊性を考慮し、脳で広く用いられるsingle-shot EPI法による評価ではなく、過去の研究にも用いたSimultaneous Multi-Slice（SMS）　Readout Segmentation of Long Variable Echo-trains（RESOLVE）EPIやregional excitation technique (ZoomIt)を用いて、撮像条件の至適化や実際の撮像を行った。さらに、髄鞘のマッピングとしては、磁化率移動（magnetization transfer）を用いた手法を主として候補としているが、T1値などのMRI緩和測定等他の撮像手法も考慮し、その妥当性の比較やテスト撮像を行った。また、画像の後処理（歪み補正等）は脳科学で用いられているような数理計算の手法を参考とし、本研究向けに構築を行った。
また、正常および疾患群のMRIデータより、軸索および髄鞘の定量的変化を検討したが、COVID-19の影響もあり、研究計画時の想定よりデータ収集が進まず、今年度中に本研究の疾患データによる学会や論文発表には至らなかった。
また研究当初より導入されている、客観性の高い脊髄MRI画像の解析手法である、Spinal cord toolboxを用いて、脊髄における各種MRI画像の定量値に関して解析の試行を行い、その検討過程における技術的検討の結果の一部を、邦文誌にて解説した。また、引き続き本ソフトウェアの開発者であるカナダ・モントリオール工科大学のJulien先生と今後の研究の方針や技術的な問題点に関してオンラインで、協議を行った。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

昨年同様、脊髄の解析手法として、MRIを用いた複数の軸索や髄鞘における定量化評価が可能となってきており、その撮像および解析における条件の至適化や、正常値における妥当性の検討が行われている。ただし、脊髄という部位の特殊性および他の比較検討が僅少であるという事情で、いずれの比較検討にも想定よる若干時間がかかっている。
本研究の基礎的検討の一部である、MRI撮像における技術的な問題の部分的な解決となる検討結果は英文論文として報告することが可能であった（Hagiwara A, Hori M, et al. Age-Related Changes in Relaxation Times, Proton Density, Myelin, and Tissue Volumes in Adult Brain Analyzed by 2-Dimensional Quantitative Synthetic Magnetic Resonance Imaging. Invest Radiol. 2021 Mar 1;56(3):163-172. Kamiya K, Hori M, Aoki S. NODDI in clinical research. J Neurosci Methods. 2020 Dec 1;346:108908. doi: 10.1016/j.jneumeth.2020.108908.）。
従って、解析手法の妥当性に関しては前年より進展があり、かつある程度は担保できていると思われる。しかし現状でも常に安定した解析目的に良好な画質とは言い難くその定量値のばらつきを症例によっては認めうる。
また、脊髄の疾患群におけるデータに関しては、当初予想した疾患群におけるデータの収集は、COVID-19の影響がありやや滞っている。従って、さらに引き続きデータ収集を加速させる必要がある。

今後の研究の推進方策

本研究の遂行に関しては、前年度同様、引き続き脊椎脊髄における定量的な解析を目的としてMRIデータの収集を、健常ボランティアおよび疾患群にて推進する。脊髄脊椎MRIの部位の特殊性に起因すると思われる画質の不安定性による定量解析への影響を考慮すると、研究計画当初に想定した対象疾患群（主に脳梗塞や脳出血等の血管性病変、脳腫瘍、脱髄性疾患等）の解析のみでは、研究の遂行上データとして不十分であると予想され、変性疾患（筋萎縮性側索硬化症や変形性脊椎症など）も研究対象として考慮すべきである。
また、研究用MRIの撮像手法や得られたMRIデータの解析を行うための数的な理論や応用技術は日々改善、更新され、実際研究計画当初に想定された撮像および解析手法の他に、新たな複数の方法論や技術的な革新の提案が発表されている。従って、より効率的かつ効果的な撮像および解析手法の選択が、必要となってくると考えられる。
本研究における最も重要なコンセプトは、通常の診療で広く行われているMRI撮像では観察困難な、脊髄脊椎病変内の微細な構造変化の観察や定量化、およびマッピングと臨床症状等との相関であり、引き続き、特に疾患群におけるMRIデータの取集および解析を遂行する。また、横断的なMRIデータ取集のみならず、縦断的な変化およびそこから導き出される予後予測を可能とするための、ある一定の期間をおいての繰り返しのデータ収集も重要であると考えられ、その実現を目指す。

次年度使用額が生じた理由

研究計画時には予定していなかった研究代表者の施設の異動があり、かつ異動後における研究環境の構築の遅延、予定されていた海外研究者との海外における最新の情報交換や検討が、COVID-19によりキャンセルせざるを得ない状況であったなど、研究そのものの遂行が困難であった。また、本研究の基礎となる脊髄脊椎MRIの撮像手法の至適化に時間が必要となり、実査の患者群でのMRIデータ収集が思うように進行せず、想定を下回るデータ数で試験的な解析のみしか行えなかった。さらに本研究の妥当性を考慮した結果、研究計画時の想定以外の疾患群（進行性の特定の変性疾患等）のデータ収集の準備の必要があった。
本年度は、脊椎脊髄のMRIデータの撮像収集、解析を、健常ボランティアおよび病的状態にある場合の被験者でさらに遂行し、前年度より加速して遂行する。このためのデータ収集のためのボランティアや、撮像および解析補助に関する謝金が必要である。また、疾患群におけるMRIデータを、個人情報を保全、匿名化しつつ解析、運用するための機器や記憶媒体に関する費用が必要と思われる
さらに、本研究に関する最新の知見、情報交換あるいは成果の発表のための国内外での学会、研究会への参加を予定している。

研究成果

• [雑誌論文] Multiband-EPIにおけるLeakage Artifactの抑制技術の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩崎 敬, 福永 一星, 濱崎 望, 佐藤 秀二, 小美野 高志, 芳士戸 治義, 村田 勝俊, 堀 正明, 京極 伸介, 青木 茂樹
  • 雑誌名: 順天堂保健医療学雑誌 巻: 1 ページ: 30～38
• [雑誌論文] 拡散テンソルトラクトグラフィーにおけるMulti-Band Read Out Segmented EPIの初期検討(Comparison between Multi-Band Readout-Segmented Echo-Planar Imaging and Single-Shot Echo-Planar Imaging by Diffusion Tensor Tractography: A Preliminary Study)(英語) (2020)
  • 著者名/発表者名: 福永 一星, 堀 正明, 村田 勝俊, 濱崎 望, 佐藤 秀二, 芳士戸 治義, 坂野 康昌, 青木 茂樹
  • 雑誌名: 順天堂保健医療学雑誌 巻: 1 ページ: 17～22
• [雑誌論文] 脊髄疾患のMRI (2020)
  • 著者名/発表者名: 堀 正明、神谷 昂平、鈴木 賢一、高橋 木綿子
  • 雑誌名: 神経治療学 巻: 37 ページ: S204～S204
  • DOI: 10.15082/jsnt.37.6_S204
• [雑誌論文] NODDI in clinical research (2020)
  • 著者名/発表者名: Kamiya Kouhei、Hori Masaaki、Aoki Shigeki
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience Methods 巻: 346 ページ: 108908～108908
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2020.108908
  • 査読あり
• [雑誌論文] Age-Related Changes in Relaxation Times, Proton Density, Myelin, and Tissue Volumes in Adult Brain Analyzed by 2-Dimensional Quantitative Synthetic Magnetic Resonance Imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Hagiwara Akifumi、Fujimoto Kotaro、Kamagata Koji、Murata Syo、Irie Ryusuke、Kaga Hideyoshi、Someya Yuki、Andica Christina、Fujita Shohei、Kato Shimpei、Fukunaga Issei、Wada Akihiko、Hori Masaaki、Tamura Yoshifumi、Kawamori Ryuzo、Watada Hirotaka、Aoki Shigeki
  • 雑誌名: Investigative Radiology 巻: 56 ページ: 163～172
  • DOI: 10.1097/RLI.0000000000000720
  • 査読あり / オープンアクセス