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。

正在讨论胶囊系统，该系统被认为与大脑中的淋巴系统具有相似的作用。该系统的一个组成部分是间质流体流，它试图从扩散加权的MR图像（DWI）强度检测到。据说水分子的连贯运动（对齐）不会影响DWI强度。当一个体素被一个相干分量占据时，这是正确的，但是从理论上讲，当相干运动和随机的非连锁运动（例如扩散）混合在一个体素内时，相干运动也会影响DWI强度。我们设计了一个方程式，该方程式在这种情况下显示了DWI信号强度的B值（与扩散加权程度相匹配的设备参数）的依赖性，并试图通过将其拟合到DWI数据中来估算与连贯运动相关的模型参数，但这是一个复杂的非线性问题，这可能是一个复杂的非线性问题，并且可能无法通过Squares or Bayes和Bayesian估计来实现。因此，使用人工神经网络（ANN）进行估计。在这种方法中，合成数据用作教师数据和相干运动的模型参数，在ANN训练中估计。在2022年，我们进行了一个数值实验，以研究该方法的准确性和准确性。结果，可以量化错误，尽管不稳定，但估计了指示相干流的方向，比例和速度的数量的正确值。使用这种方法分析健康的志愿大脑表明，许多区域将重力方向作为相干流动的方向。这表明重力会影响大脑间质液的流动，这是阐明粒状系统的结果。这仍然是一个人的大脑的结果，因此将来需要详细考虑。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横向位置可以揭示重力可能影响其的可能性。