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2020 年度 実施状況報告書

マルチモーダルイメージングによるパーキンソン病新規診断法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K17244
研究機関順天堂大学

研究代表者

鎌形 康司  順天堂大学, 医学部, 准教授 (60568153)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード拡散MRI / 深層学習 / Double diffusion encode / Fixel based analysis
研究実績の概要

本研究課題の目的はマルチモーダルMRI解析を用いて、客観的PD診断評価法の開発とPD病態の神経基盤を解明することである。本年度は下記検討を行なった。
拡散MRI解析と深層学習により、高いPD診断精度とPD特異的な神経回路基盤変化(基底核-小脳回路)を検出する評価法を開発した(Yasaka K, Kamagata K, et al. Neuroradiol 2021)。拡散MRI解析とメタボロミクス解析を用いて、遺伝性パーキンソン病(PARK2変異)において、血清酸化ストレスマーカー変化と関連する大脳白質変性が生じることを世界で初めて示した(Koinuma T, Kamagata K, et al. J Parkinsons Dis 2021)。Double diffusion encodingを用いた拡散MR I解析により、PDの大脳白質では顕微鏡的異方性の変化が生じており、その程度が運動症状の重症度と有意に相関することを示した(Kamiya K, Kamagata K, et al. Front Neurosci 2020)。運動症状の臨床亜型である振戦優位型、姿勢不安定性・歩行障害優位型PDを対象にFixel based analysisを使用して、健常に比較し振戦優位型PDの皮質脊髄路では白質線維断面積が増大することを示した。この結果は初期振戦優位型PDでは神経変性を代償的するメカニズムが生じている可能性を示唆する(Andica C, Kamagata K, et al. NPJ Parkinsons, accepted)。
これらの研究結果を含む総説論文を発表し、広く研究結果の普及に努めた(Kamagata K, et al. Neural Regen Res 2020, Kamagata K, et al. Int. J. Mol. Sci. accepted)。

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

今年度の研究計画は、定量MRI解析を行い、脳容積・皮質厚・神経突起イメージング定量値・拡散MRI定量値、メラニン量、脳ネットワーク指標などを算出し、他の神経変性パーキンソニズムなど類縁疾患や健常群との比較を行い、PD脳で生じている特異的な変化を検出すること、特定された脳領域および定量値変化について、疾患重症度や罹病期間との相関解析を行い、疾患進行による定量値変化を検討することであった。
本年度は研究計画に沿って、脳ネットワーク解析と深層学習によるPDの神経回路基盤評価法・診断法を開発した(Yasaka K, Kamagata K, et al. Neuroradiol 2021)。拡散MRI解析とメタボロミクス解析を用いて、遺伝性パーキンソン病(PARK2変異)において、血清酸化ストレスマーカー変化と関連する大脳白質変性が生じることを世界で初めて示した(Koinuma T, Kamagata K, et al. J Parkinsons Dis 2021)Double diffusion encodingによる拡散MR Iにより、PDの大脳白質では顕微鏡的異方性の変化が生じることを示した(Kamiya K, Kamagata K, et al. Front Neurosci 2020)。Fixel based analysisを使用して、健常に比較し振戦優位型PDの皮質脊髄路では白質線維断面積が増大することを示した(Andica C, Kamagata K, et al. NPJ Parkinsons, accepted)。また、これらの研究結果を含む総説論文を発表し、研究結果の普及に努めた(Kamagata K, et al. Neural Regen Res 2020, Kamagata K, et al. Int. J. Mol. Sci. accepted)。

今後の研究の推進方策

研究遂行に必要なPD及び類縁疾患患者のリクルートは当初の計画通り順調に進行している。次年度も引き続き、PD及び類縁疾患患者のリクルートを進め、高精度MRIデータを臨床データ(詳細な臨床情報、神経心理検査、血液・髄液データなど)と共に取得する。
さらに収集したMRIデータを元にマルチモーダルMRI解析を用いて、客観的PD診断評価法の開発とPD病態の神経基盤解明を進める。具体的には取得データを元に定量MRI解析を行い、脳容積・皮質厚・神経突起イメージング定量値・拡散MRI定量値、メラニン量、脳ネットワーク指標などを算出し、他の神経変性性パーキンソニズムなど類縁疾患や健常群との比較を行い、PD脳で生じている特異的な変化を検出する。特定された脳領域および定量値変化について、疾患重症度や罹病期間との相関解析を行い、疾患進行による定量値変化を検討する。合わせて、ドパミントランスポーターSPECTを用いて線条体におけるドパミン活性の定性・半定量化を行い、他のPD類縁疾患との集積分布の違い、半定量値の変化を同定する。さらに得られた解析結果を用いて統合的なマルチモーダル解析を行い、客観的PD診断を可能とする定量値算出を行い、重症度・罹病期間との相関解析を行う。併せて定量値が変化する脳領域を抽出し、PD病態の神経基盤同定を目指す。

次年度使用額が生じた理由

当初、本研究課題に関連する研究結果の発表を予定していた第49回神経放射線学会がコロナウイルス蔓延の影響でWEB開催隣、出張費用への支出がキャンセル料のみとなったため。次年度使用額は第50回神経放射線学会への参加費用に充当するものとする。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件)

  • [国際共同研究] University of Melbourne(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      University of Melbourne
  • [国際共同研究] University college of London(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University college of London
  • [雑誌論文] Fiber-specific white matter alterations in early-stage tremor dominant Parkinson’s disease2021

    • 著者名/発表者名
      Andica C, Kamagata K, Saito Y, Uchida U, Fujita S, Hagiwara A, Akashi T, Wada A, Ogawa T, Hatano T, Hattori N, Aoki S.
    • 雑誌名

      NPJ Parkinsons

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Diffusion Magnetic Resonance Imaging-Based Biomarkers for Neurodegenerative Diseases2021

    • 著者名/発表者名
      Kamagata K, Andica C, Kato A, Saito Y, Uchida W, Hatano T, Lukies M, Ogawa T, Takeshige-Amano H, Akashi T, Hagiwara A, Fujita S, Aoki S.
    • 雑誌名

      Int. J. Mol. Sci.

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Parkinson’s disease: deep learning with a parameter-weighted structural connectome matrix for diagnosis and neural circuit disorder investigation2021

    • 著者名/発表者名
      Yasaka Koichiro、Kamagata Koji、Ogawa Takashi、Hatano Taku、Takeshige-Amano Haruka、Ogaki Kotaro、Andica Christina、Akai Hiroyuki、Kunimatsu Akira、Uchida Wataru、Hattori Nobutaka、Aoki Shigeki、Abe Osamu
    • 雑誌名

      Neuroradiology

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s00234-021-02648-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Diffusion MRI Captures White Matter Microstructure Alterations in PRKN Disease2021

    • 著者名/発表者名
      Koinuma Takahiro、Hatano Taku、Kamagata Koji、Andica Christina、Mori Akio、Ogawa Takashi、Takeshige-Amano Haruka、Uchida Wataru、Saiki Shinji、Okuzumi Ayami、Ueno Shin-Ichi、Oji Yutaka、Saito Yuya、Hori Masaaki、Aoki Shigeki、Hattori Nobutaka
    • 雑誌名

      Journal of Parkinson's Disease

      巻: - ページ: 1~15

    • DOI

      10.3233/JPD-202495

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Brain White-Matter Degeneration Due to Aging and Parkinson Disease as Revealed by Double Diffusion Encoding2020

    • 著者名/発表者名
      Kamiya Kouhei、Kamagata Koji、Ogaki Kotaro、Hatano Taku、Ogawa Takashi、Takeshige-Amano Haruka、Murata Syo、Andica Christina、Murata Katsutoshi、Feiweier Thorsten、Hori Masaaki、Hattori Nobutaka、Aoki Shigeki
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 14 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fnins.2020.584510

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 先端的MRIを用いたパーキンソン病の病態解明(シンポジウム)2020

    • 著者名/発表者名
      鎌形康司
    • 学会等名
      AD研究会 画像診断サブコミッティ
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経メラニンイメージング(ランチョンセミナー)2020

    • 著者名/発表者名
      鎌形康司
    • 学会等名
      第40回神経放射線ワークショップ
    • 招待講演
  • [学会発表] Advanced MRI in Parkinson's disease(シンポジウム)2020

    • 著者名/発表者名
      鎌形康司
    • 学会等名
      第38回日本神経治療学会学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] 拡散MRIによるコネクトーム解析(シンポジウム)2020

    • 著者名/発表者名
      鎌形康司
    • 学会等名
      第24回MR実践・先端講座
    • 招待講演
  • [学会発表] Temporal progression patterns of brain atrophy in CBS and PSP determined using Subtype and Stage Inference.2020

    • 著者名/発表者名
      Yuya Saito, Koji Kamagata, Christina Andica, Wataru Uchida, Akifumi Hagiwara, Toshiaki Akashi, Akihiko Wada, Masaaki Hori, Shigeki Aoki
    • 学会等名
      ISMRM 28th annual meeting and exhibition
    • 国際学会
  • [学会発表] White Matter Plasticity in Newly Diagnosed Parkinson’s Disease With/Without Mild Cognitive Impairment2020

    • 著者名/発表者名
      Christina Andica, Koji Kamagata, Yuya Saito, Wataru Uchida, Akifumi Hagiwara, Shohei Fujita, Syo Murata, Masaaki Hori, and Shigeki Aoki
    • 学会等名
      ISMRM 28th annual meeting and exhibition
    • 国際学会
  • [学会発表] 進行性核上性麻痺における free-water imaging による白質評価2020

    • 著者名/発表者名
      加藤 亜結美、鎌形 康司、Andica Christina、斎藤 勇哉、萩原 彰文、明石 敏昭、和田 昭彦、堀 正明、藤井 進也、青木 茂樹.
    • 学会等名
      第49回神経放射線学会
  • [学会発表] Corticospinal Tracts Neuroplasticity in Drug-Naive Newly Diagnosed Parkinson's Disease: A Fixel-Based Analysis.2020

    • 著者名/発表者名
      Christina Andica, Koji Kamagata, Yuya Saito, Wataru Uchida, Shigeki Aoki.
    • 学会等名
      第48回日本磁気共鳴医学会大会
  • [学会発表] SuStaIn を用いた大脳皮質基底核症候群および進行性核上性麻痺における脳萎縮の時間的進行パターンの推定2020

    • 著者名/発表者名
      斎藤勇哉, 鎌形康司, アンディカ・クリスティナ, 内田航, 村田渉, 萩原彰文, 明石敏昭, 和田昭彦, 堀正明, 青木茂樹.
    • 学会等名
      第22回日本ヒト脳機能マッピング学会

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公開日: 2021-12-27  

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