自己学習型Neural Networkによる高精度脊髄損傷機能予後予測法の開発

利用自学习神经网络开发高精度脊髓损伤功能预后预测方法

• 批准号: 16K20059
• 负责人: 小早川 和
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-01 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16K20059/
• 关键词: 脊髄損傷; 予後予測; ANN

再生不能とされてきた脊髄損傷に対し、近年様々な治療アプローチが考案され、その効果への期待が高まっている。しかし脊髄損傷患者においては受傷直後から症状固定期まで運動機能自体はある程度自然回復し、さらにこの自然回復は個人間で大きく異なるため、「真の治療効果」の判定は困難である。そこで今回、膨大かつ複雑なデータを人工知能に学習させ結果を予測するArtificial Neural Networkを用い、脊髄損傷後の機能予後予測法の開発を行う。まず、脊髄損傷患者の入院時のASIA motor score, AIS, 神経学的受傷高位、手術の有無、年齢、性別、血糖値、血圧などこれまでに脊髄損傷の予後との相関が報告されたパラメータをANNの構築に用いた。しかしこの手法では評価項目を選ぶ時点でバイアスが存在している。教師データとの照らし合わせとback propagationによって各階層間のパラメータの重み付けを自動的行うANNの利点を生かし、我々は今回入院時の動脈血pH, 末梢血Hb値、白血球数・分画、身長、体重、各種生化学検査データ、糖尿病や高血圧等既往症の有無、受傷起点、受傷から来院までの時間(hr)、体温等々様々な項目を先入観なく入力し、新規にANNを構築した。また、MRIによる損傷部位のaxial像、sagittal像から算出された面積、体積及び損傷局在情報を作成し、新たにANNのパラメータとして取り込みを行なった。さらにこれらのデータをもとにブラウザベースで予測プロファイルの作成を行なった。これにより、32項目からなるデータを入力する事により新規発症患者の最終的な運動機能の予後を予測する事が可能になった。今後ANNを用いた予後予測dataと実際の機能予後を比較する事により現時点でのANNの有用性を評価するとともに、さらに症例数及び項目を増やして予測精度の向上を目指す。

近年来，已经设计了各种脊髓损伤的治疗方法，这些方法被认为是非再生的，对其有效性的期望也在增加。但是，在脊髓损伤的患者中，运动功能本身自然要在某种程度上自然恢复到症状固定期间，并且这种自然恢复在个人之间差异很大，因此很难确定“真正的治疗效果”。因此，我们将开发一种使用人工神经网络来预测脊髓损伤后功能性预后的方法，该神经网络训练人工智能以预测结果。首先，据报道已经与脊髓损伤的预后相关的参数，例如亚洲运动评分，AIS，高神经损伤水平，手术，年龄，性别，血糖水平以及脊髓损伤患者住院时的血压和血压。但是，使用这种方法，选择评估项目时存在偏差。利用ANN的优势，ANN通过与教师的数据和背部传播相比，它会自动在每一层之间自动加权参数，我们构建了一个新的ANN，没有预先观念的新ANN，包括在住院时，血液中的血液pH值，外周血价值，白细胞计数，白细胞计数和分数，身高，体重，各种生物化学测试数据，无论是疾病的效果还是疾病，无论是疾病还是疾病，无论是疾病还是疾病，无论是疾病还是疾病，无论是疾病还是疾病，无论是疾病还是疾病，无论是疾病还是疾病的疾病医院（HR），体温等。此外，由MRI创建了根据受损部位的轴向和矢状图像计算出的面积，体积和损坏定位信息，并作为ANN参数新获得。此外，基于这些数据，基于浏览器的基础创建了预测配置文件。这可以通过输入由32个项目组成的数据来预测新发作患者的最终运动功能预后。将来，我们将通过比较ANN使用ANN与实际功能预后的预后预测数据来评估ANN的实用性，并旨在进一步增加病例和项目的数量以提高预测准确性。

项目成果

急性高血糖はマウスおよび患者における脊髄損傷後の機能回復を阻害する

急性高血糖抑制小鼠和患者脊髓损伤后的功能恢复

• 发表时间: 2017
• 作者: Yokota K;Saito T;Kobayakawa K;Kubota K;Hara M;Murata M;Ohkawa Y;Iwamoto Y;Okada S.;小早川 和
• 通讯作者: 小早川 和

Acute hyperglycemia is a treatable risk factor for spinal cord injury - translational research from animals to humans -

急性高血糖是脊髓损伤的可治疗危险因素——从动物到人类的转化研究——

• 发表时间: 2016
• 作者: Kobayakawa K;Kumamaru H;Saiwai H;Kubota K;Ohkawa Y;Kishimoto J;Yokota K;Ideta R;Shiba K;Tozaki-Saitoh H;Inoue K;Iwamoto Y;Okada S;小早川 和;Kazu Kobayakawa
• 通讯作者: Kazu Kobayakawa

Experimental Mouse Model of Lumbar Ligamentum Flavum Hypertrophy.

• DOI: 10.1371/journal.pone.0169717
• 发表时间: 2017
• 期刊: PloS one
• 影响因子: 3.7
• 作者: Saito T;Yokota K;Kobayakawa K;Hara M;Kubota K;Harimaya K;Kawaguchi K;Hayashida M;Matsumoto Y;Doi T;Shiba K;Nakashima Y;Okada S
• 通讯作者: Okada S

Acute hyperglycemia is a treatable risk factor for spinal cord injury. Translational research of animals and humans

急性高血糖是脊髓损伤的可治疗危险因素。

• 发表时间: 2016
• 作者: Kobayakawa K;Kumamaru H;Saiwai H;Kubota K;Ohkawa Y;Kishimoto J;Yokota K;Ideta R;Shiba K;Tozaki-Saitoh H;Inoue K;Iwamoto Y;Okada S;Kazu Kobayakawa
• 通讯作者: Kazu Kobayakawa

Hyperglycemic over-activation of microglia deteriorates functional outcomes after spinal cord injury -translational research between animals and humans-

小胶质细胞的高血糖过度激活会恶化脊髓损伤后的功能结果-动物和人类之间的转化研究-

• 发表时间: 2016
• 作者: Kobayakawa K;Kumamaru H;Saiwai H;Kubota K;Ohkawa Y;Kishimoto J;Yokota K;Ideta R;Shiba K;Tozaki-Saitoh H;Inoue K;Iwamoto Y;Okada S;小早川 和;Kazu Kobayakawa;久保田 健介;Kazu Kobayakawa
• 通讯作者: Kazu Kobayakawa