AI画像診断支援システムの構築～重篤な救急頭部疾患を診断・予測する～

构建AI图像诊断支持系统~诊断和预测严重急诊头部疾病~

• 批准号: 20K16737
• 负责人: 菊田 潤子
• 金额: $ 2.25万
• 依托单位: Juntendo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K16737/
• 关键词: 機械学習; 頭部画像; 頭部MRI; ディープラーニング; AI診断支援システム; 頭部CT画像; ニューラルネットワーク; サイログラム

2022年度はまず、頭部MRIを用いて大脳白質病変を検出する機械学習システムの構築を試みた。オープンデータベースOASIS-3から83名（平均68.94±7.77歳）のFLAIR画像2731枚を取得。Fazekas scaleを用いて大脳白質病変を視覚的評価し、手動で白質病変をラベリング後、訓練データ：テストデータ＝4:1に分割した。Windows10 ProのGPU上（NVIDIA RTX A5000）でSONYのNeural network consoleを用いて、U-Netモデルを構築。機械学習モデルと手動でラベリングした病変との一致率をDice係数を用いて評価した。手動でラベリングした白質病変の体積をFreeSurfer6.0.で測定し、Spearmanの順位相関係数を用いて白質病変の体積とDice係数との相関を調べた。この結果、平均Dice係数は0.687±0.104、大脳白質病変の体積とDice係数は有意な正相関を認めた（r=0.857, p＜0.001）。次に、頭部MRIを用いて血管周囲腔を自動検出する機械学習モデルを構築した。公開データベースHuman Connectome Projectから健常者69名 (平均年齢28.87±4.06歳)のMRIを取得後、FMRIB Software Library (FSL) version6.0.上で血管周囲腔の描出を明瞭にするためT1強調像をT2強調像で除した画像を作成した。次に頭蓋骨、脳幹部、大脳基底核、大脳皮質を除去した大脳白質のみの画像を作成後、手動で血管周囲腔を抽出。教師データを訓練・検証データが4:1になるよう分割し、U-Netモデルを構築後、手動検出と自動検出された血管周囲腔との一致度を表すDice係数を用いて汎化能を評価した。この結果、大脳白質のみの画像のDice係数は平均値0.493±0.042、全脳画像のDice係数は平均値0.385±0.064で、大脳白質のみの画像のDice係数は全脳画像より有意に高かった (p=0.001) 。

2022 财年，我们首次尝试构建机器学习系统，利用头部 MRI 检测脑白质病变。从开放数据库 OASIS-3 中获取了 83 人（平均年龄 68.94±7.77 岁）的 2731 张 FLAIR 图像。使用Fazekas量表对脑白质病变进行目测评估，并手动标记白质病变后，将训练数据：测试数据按4：1划分。在 Windows 10 Pro GPU (NVIDIA RTX A5000) 上使用索尼的神经网络控制台构建 U-Net 模型。使用 Dice 系数评估机器学习模型和手动标记病变之间的一致性。使用FreeSurfer 6.0测量手动标记的白质病变的体积，并使用Spearman等级相关系数检查白质病变的体积与Dice系数之间的相关性。结果，平均Dice系数为0.687±0.104，脑白质病灶体积与Dice系数呈显着正相关（r=0.857，p<0.001）。接下来，我们构建了一个机器学习模型，可以使用头部 MRI 自动检测血管周围空间。从公共数据库 Human Connectome Project 获取 69 名健康受试者（平均年龄 28.87±4.06 岁）的 MRI 图像后，在 FMRIB 软件库 (FSL) 6.0 版上创建 T1 加权图像以清晰地描绘血管周围空间。创建 T2 加权图像。接下来，仅制作大脑白质的图像，并去除头骨、脑干、基底神经节和大脑皮层，并手动提取血管周围空间。将教学数据按4:1的比例划分为训练数据和验证数据并构建U-Net模型后，使用Dice系数评估泛化能力，该系数代表手动检测和自动检测的血管周围空间之间的一致程度。结果，仅脑白质图像的Dice系数平均值为0.493±0.042，全脑图像的Dice系数平均值为0.385±0.064，仅脑白质图像的Dice系数平均值为0.385±0.064。物质显着高于全脑图像（p=0.001）。

项目成果

特発性正常圧水頭症術前後におけるALPS index 変化についての検討

特发性常压脑积水手术前后ALPS指数变化研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 太田 嶺人;柏舘 俊明;陳 正浩;萩原 資久;原 康之;伊東 賢;松尾 草明;橋爪 英二;菊田潤子
• 通讯作者: 菊田潤子

小脳の区分と脳内ネットワークから脊髄小脳変性症の変性パターンの理解を深める

通过小脑分裂和大脑网络加深我们对脊髓小脑变性的退行性模式的理解

• 发表时间: 2021
• 作者: 佐藤 香菜子;鎌形 康司;斎藤 勇哉;内田 航;菊田 潤子;池之内 穣;鈴木 通真;和田 昭彦;青木 茂樹.
• 通讯作者: 青木 茂樹.

ALPS indexを用いたもやもや病患者におけるGlymphatic system評価の試み

尝试使用 ALPS 指数评估烟雾病患者的类淋巴系统

• 发表时间: 2021
• 作者: 原 祥子;菊田 潤子;高林 海斗;鎌形 康司;田中 洋次;成相 直;堀 正明;田岡 俊昭;長縄 慎二;青木 茂樹;前原 健寿
• 通讯作者: 前原 健寿

Evaluation of Relationship between Lower Limb Muscle Strength and White Matter Microstructure by Free-Water Imaging

自由水成像评价下肢肌肉力量与白质微结构之间的关系

• 发表时间: 2021
• 作者: Kaito Takabayashi;Koji Kamagata;Hideyoshi Kaga;Yuki Someya;Wataru Uchida;Christina Andica;Yuya Saito;Junko Kikuta;Toshiaki Akashi;Akihiko Wada;Yoshifumi Tamura;Ryuzo Kawamori;Hirotaka Watada;Shigeki Aoki.
• 通讯作者: Shigeki Aoki.

Glymphatic system activity may be disrupted in moyamoya disease: the diffusion.

烟雾病中的类淋巴系统活动可能会受到干扰：扩散。

• 发表时间: 2022
• 作者: Shoko Hara;Junko Kikuta;Kaito Takabayashi;Koji Kamagata;Motoki Inaji;Yoji Tanaka; Tadashi Nariai;Masaaki Hori;Kenji Ishii;Toshiaki Taoka;Shinji Naganawa;Shigeki Aoki; Taketoshi Maehara.
• 通讯作者: Taketoshi Maehara.