Development of a novel diffusion magnetic resonance imaging for detecting cerebral interstitial fluid flow and investigation of human glymphatic system

开发一种新型扩散磁共振成像来检测脑间质液流动并研究人体类淋巴系统

基本信息

批准号：
19K12767
负责人：
梅沢栄三
金额：
$ 2万
依托单位：
Fujita Health University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

脳でリンパ系と同様の役割をしていると考えられているグリンパティックシステムが議論されている。このシステムを構成する要素に脳間質液流があり、それを拡散強調 MR 画像（DWI）強度から検出することを試みている。従来、水分子のコヒーレントな動き（揃った動き）は DWI 強度には影響しないといわれている。このことは１ボクセルがコヒーレント成分で占められている場合には正しいが、1ボクセル内にコヒーレントな動きと拡散などのランダムな非コヒーレントな動きが混在している場合には、コヒーレントな動きも DWI 強度に影響しうることを理論的に示した。この場合の DWI 信号強度の b 値（拡散強調の度合いを合わす装置パラメータ）依存性を示す式を考案し、これを DWI データにフィットすることでコヒーレントな動きに関する関するモデルパラメータを推定することを試みたが、これは高度な非線形問題になり、最小二乗法やベイズ推定では達成できなかった。このため人工ニューラルネットワーク（ANN）による推定を行う。この方法では、合成データを教師データとし、それで訓練した ANN でコヒーレントな動きに関するモデルパラメータを推定する。2022年度はこの方法の確度・精度を調べる数値実験を行った。結果、コヒーレント流の方向・割合・速さを示す量について、不安定性はあるが正しい値が推定されていることが判り誤差も定量できた。健常ボランティア脳をこの方法で解析した結果、コヒーレント流の方向として重力方向を示す部位が多くみられた。これは脳間質液流に重力が影響していることを示唆しており、グリンパティックシステムの解明つながる結果である。まだ1名の脳に関する結果で今後詳しい検討が必要である。特に、MRI 撮像時の被験者体位を仰臥位から側臥位に変更することで重力が影響する可能性について明らかにできると考えている。

类淋巴系统被认为与大脑中的淋巴系统发挥着相似的作用，对此进行了讨论。该系统的一个组成部分是脑间质液流，我们正在尝试从弥散加权 MR 图像 (DWI) 的强度中检测它。传统上，人们认为水分子的相干运动不会影响 DWI 强度。当一个体素被相干成分占据时确实如此，但是当相干运动和随机非相干运动（例如扩散）共存于一个体素内时，也可以使用 DWI 检测相干运动。理论上表明它会影响强度。。在这种情况下，我们设计了一个公式来显示 DWI 信号强度对 b 值（调整扩散强调程度的设备参数）的依赖性，并尝试通过将其拟合到 DWI 数据来估计与相干运动相关的模型参数。然而，这是一个高度非线性的问题，无法使用最小二乘法或贝叶斯估计来实现。因此，使用人工神经网络（ANN）进行估计。在该方法中，合成数据被用作训练数据，并且用其训练的人工神经网络被用来估计与相干运动相关的模型参数。 2022年，我们进行了数值实验，考察该方法的准确性和准确性。结果发现，对于指示相干流的方向、速率和速度的量，虽然存在一定的不稳定性，但估计出了正确的值，并且误差也被量化了。当我们用这种方法分析健康志愿者的大脑时，我们发现有很多区域相干流的方向与重力方向一致。这表明重力影响大脑间质液的流动，这一结果将有助于阐明类淋巴系统。结果只涉及一个人的大脑，未来还需要详细研究。特别是，我们认为，在 MRI 成像过程中将受试者的位置从仰卧位更改为侧卧位将有助于阐明重力可能产生影响的可能性。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Accuracy and precision of coherent flow detection method using diffusion wei ghted image intensity

使用扩散加权图像强度的相干流检测方法的准确度和精密度

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Eizou Umezawa; Tatsuya Hashizaki
通讯作者：
Tatsuya Hashizaki

A Bayesian approach to diffusional kurtosis imaging

扩散峰度成像的贝叶斯方法

DOI：
10.1002/mrm.28741
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
3.3
作者：
Umezawa Eizou;Ishihara Daichi;Kato Ryoichi
通讯作者：
Kato Ryoichi

Intravoxel incoherent motion MR imaging using diffusional kurtosis imaging w ith Bayesian inference

使用扩散峰度成像和贝叶斯推理进行体素内不相干运动 MR 成像

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Eizou Umezawa; Koki Ishikawa
通讯作者：
Koki Ishikawa

Bayesian Inference & DKI

贝叶斯推理

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Eizou Umezawa
通讯作者：
Eizou Umezawa

Intravoxel Incoherent Motion and Quantitative Non-Gaussian Diffusion MR Imaging: Evaluation of the Diagnostic and Prognostic Value of Several Markers of Malignant and Benign Breast Lesions.

体素内不相干运动和定量非高斯扩散 MR 成像：恶性和良性乳腺病变几种标志物的诊断和预后价值评估。

DOI：
10.1148/radiol.2017162853
发表时间：
2017-11-02
期刊：
Radiology
影响因子：
19.7
作者：
M. Iima;M. Kataoka;S. Kanao;Natsuko Onishi;Makiko Kawai;Akane Ohashi;Rena Sakaguchi;M. Toi;K. Togashi
通讯作者：
K. Togashi