JP2018038515A - Diagnosis support device, diagnosis support program, and diagnosis support method for alzheimer's disease - Google Patents

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Keiichi Onoda
慶一 小野田
修平 山口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diagnosis support device for supporting accurate diagnosis of AD of a subject whose facility or data base is different from that of a control group that serves as a criterion for prediction.SOLUTION: A diagnosis support device 1 includes: subject strength acquisition means 11 for acquiring functional connection strength of a default mode network in the inner temporal lobe region of a subject; standardization means 12 for calculating a z value indicating a position in the control strength distribution of the subject strength for each voxel value of the inner temporal lobe region based on the average and standard deviation of functional connection strength of a default mode network in the inner temporal lobe region of a control group of non-Alzheimer's disease; and index calculation means 13 for calculating an index for predicting whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the z value.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、アルツハイマー病の診断を支援する診断支援装置、診断支援プログラムおよび診断支援方法に関する。   The present invention relates to a diagnosis support apparatus, a diagnosis support program, and a diagnosis support method that support diagnosis of Alzheimer's disease.

厚生労働省の推計では、日本における認知症患者は460万人、さらにその予備軍も400万人にのぼり、高齢化社会を迎える日本において認知症対策は喫緊の課題である。認知症は脳機能が不可逆的に障害されて起こる疾患のため、早期発見が重要となる。認知症の約半数はアルツハイマー病(Alzheimer's Disease:以下「AD」)である。従来のADにおけるMRI診断は、海馬の萎縮の程度をT1強調画像により評価することで行われてきた。例えば、下記の特許文献1には、入力した画像が脳梗塞や脳腫瘍等の異常部位を含む場合であっても、ADの診断のための解析を行うことができる画像診断支援装置が開示されている。   According to estimates by the Ministry of Health, Labor and Welfare, there are 4.6 million dementia patients in Japan, and 4 million reserves, and countermeasures for dementia are an urgent issue in Japan, which is facing an aging society. Early detection is important because dementia is caused by irreversible impairment of brain function. About half of dementia is Alzheimer's Disease (hereinafter referred to as “AD”). Conventional MRI diagnosis in AD has been performed by evaluating the degree of hippocampal atrophy using T1-weighted images. For example, Patent Document 1 below discloses an image diagnosis support apparatus that can perform analysis for AD diagnosis even when an input image includes an abnormal site such as a cerebral infarction or a brain tumor. Yes.

しかし、海馬の萎縮が起こった段階でADを発見しても、すでに認知機能は不可逆的に低下しているため、より早期にADの兆候を捉える技術が必要とされている。その一つの候補として安静時fMRI技術が近年着目されている。安静時fMRIの画像によって評価された海馬の機能的結合が、ADの前段階である軽度認知障害においてすでに低下していたことが報告されており、ADの早期発見に有用であると考えられている(非特許文献1、2)。このニーズに伴い、fMRI等の画像データを有病者と対照群との間で比較するための解析手法として種々の方法が展開されている。しかし、これらの方法は一本化がなされておらず、標準となる手法は未だ確立していない(非特許文献1)。安静時fMRIの等の脳画像の解析の例としては、サポートベクトルマシン等の多ボクセルパターン解析(Multi-voxel pattern analysis)に代表される機械学習を用いて、安静時fMRI画像を被験者と対照群とで比較することで、ADや軽度認知障害を健常状態と識別する研究がなされている。これらの機械学習によって導き出された予測モデルをleave-one-out cross-validation (LOOCV,一個抜き交差検証)等で検証すると60%から90%超の正答率が得られたことが報告されている(例えば、非特許文献3〜5)。   However, even if AD is discovered at the stage of hippocampal atrophy, the cognitive function has already been irreversibly lowered, so a technique for catching signs of AD at an earlier stage is required. As one candidate, the resting fMRI technique has recently attracted attention. It has been reported that the functional connectivity of the hippocampus as assessed by resting fMRI images has already been reduced in mild cognitive impairment, the pre-stage of AD, and is considered useful for early detection of AD. (Non-Patent Documents 1 and 2). Along with this need, various methods have been developed as an analysis method for comparing image data such as fMRI between a patient and a control group. However, these methods have not been unified, and a standard method has not yet been established (Non-patent Document 1). As an example of brain image analysis such as resting fMRI, machine learning represented by multi-voxel pattern analysis such as support vector machine can be used to compare resting fMRI images with subjects and control groups. In order to compare AD with mild cognitive impairment, a study has been conducted to distinguish it from a healthy state. It has been reported that when the prediction model derived by these machine learning is verified by leave-one-out cross-validation (LOOCV), a correct answer rate of 60% to over 90% is obtained. (For example, non-patent documents 3 to 5).

特開2013-165765号公報JP 2013-165765 JP

小野田慶一、“安静時fMRIの臨床応用:機能的結合と認知機能の関連”、老年期認知症研究会誌、19(8)、2014年、p.109-111Onoda Keiichi, “Clinical application of resting fMRI: functional association and cognitive function”, Journal of Senile Dementia, 19 (8), 2014, p.109-111 Greicius MD、他名、 “Default-mode network activity distinguishes Alzheimer's disease from healthy aging: evidence from functional MRI”、Proc. Natl. Acad. Sci.USA. 101(13)、2004年3月30日、p.4637-42Greicius MD, other names, “Default-mode network activity distinguishes Alzheimer's disease from healthy aging: evidence from functional MRI”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (13), March 30, 2004, p.4637 -42 Khazaee A、他2名、“Identifying patients with Alzheimer's disease using resting-state fMRI and graph theory”、Clinical Neurophysiology、126(11)、2015年11月、p.2132- 2141Khazaee A, 2 others, “Identifying patients with Alzheimer's disease using resting-state fMRI and graph theory”, Clinical Neurophysiology, 126 (11), November 2015, p.2132- 2141 Dyrba M、他3名、“Multimodal analysis of functional and structural disconnection in Alzheimer’s disease using multiple kernel SVM”、 Hum. Brain Mapp、36(6)、2015年6月、p.2118-2131Dyrba M and three others, “Multimodal analysis of functional and structural disconnection in Alzheimer ’s disease using multiple kernel SVM”, Hum. Brain Mapp, 36 (6), June 2015, p.2118-2131 Li Y、他4名、“Exploring the functional brain network of Alzheimer’s disease: based on the computational experiment”、PLoS One、8、2013年9月、e73186Li Y, 4 others, “Exploring the functional brain network of Alzheimer ’s disease: based on the computational experiment”, PLoS One, 8, 2013, e73186

北米のADの画像データベースであるADNIデータベースを学習データとしてサポートベクトルマシンにより構築した予測モデルでは、LOOCVにより90%以上の正答率を得ている(非特許文献3)。これに対し、本発明者らは、実際に島根大学医学部附属病院を受診したAD患者について、ADNIデータベースを使用したサポートベクトルマシンにより構築した予測モデルを用いてAD患者と対照群との識別を試みたが、LOOCVでの検証結果は正答率50%でありチャンスレベルであった。非特許文献3〜5に開示された従来の多ボクセルパターン解析は、一つの施設または一つのデータベースを対象としており、施設またはデータベースが異なる被験者について、ADを予測できるかどうかは検討していない。島根大学医学部附属病院を受診したAD患者について、従来の多ボクセルパターン解析で得た予測モデルにおいて正答率が低い要因としては、安静時fMRIの画像は、MRIスキャナのメーカーの違いや測定変数の微細な違い、あるいは同一機種のMRIスキャナであっても個体ごとの特性ばらつきの影響を受けることが考えられる。よって、従来の技術では、対照群と施設またはデータベースが異なる被験者のADを予測することはできないと考えられる。   In a prediction model constructed by using a support vector machine as an ADNI database, which is an image database of North American AD, as a learning data, a correct answer rate of 90% or more is obtained by LOOCV (Non-patent Document 3). On the other hand, the present inventors tried to discriminate between an AD patient and a control group by using a prediction model constructed by a support vector machine using an ADNI database for an AD patient who actually visited Shimane University Hospital. However, the verification result at LOOCV was a chance level with a correct answer rate of 50%. The conventional multi-voxel pattern analysis disclosed in Non-Patent Documents 3 to 5 targets one facility or one database, and does not consider whether AD can be predicted for subjects with different facilities or databases. Regarding the AD patients who visited Shimane University Medical Hospital, the reason for the low correct answer rate in the prediction model obtained by the conventional multi-voxel pattern analysis is that the fMRI image at rest is due to differences in MRI scanner manufacturers and the minute measurement variables. It is conceivable that even an MRI scanner of the same model is affected by variations in characteristics among individuals. Therefore, it is considered that the conventional technique cannot predict AD of subjects whose facilities or databases are different from those of the control group.

上記要因を考慮すると、施設またはデータベースごとに対照データが必要となるが、機械学習には膨大な数のデータが必要となるため、機械学習に適した対照データを施設またはデータベースごとに取得することもまた困難である。   Considering the above factors, reference data is required for each facility or database, but since machine learning requires a large amount of data, it is necessary to acquire control data suitable for machine learning for each facility or database. Is also difficult.

そこで本発明は、予測の基準となる対照群と施設またはデータベースが異なる被験者のADを正確に診断することを支援する診断支援装置、診断支援プログラムおよび診断支援方法の提供を課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a diagnosis support apparatus, a diagnosis support program, and a diagnosis support method that support accurate diagnosis of AD of a subject whose facility or database is different from a control group serving as a reference for prediction.

上記課題を解決するため、本発明は下記の態様を有する。
[項1]
被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「被験強度」と称する)を取得する被験強度取得手段と、
アルツハイマー病ではない対照群の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「対照強度」と称する)の平均および標準偏差に基づき、前記被験強度の、前記対照強度の分布における位置を示すz値を、前記内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する標準化手段と、
前記z値に基づいて、前記被験者がアルツハイマー病であるか否かを予測するための指標を算出する指標算出手段と、
を備えた、アルツハイマー病の診断支援装置。
[項2]
前記指標算出手段は、
前記ボクセルを前記z値が小さい順に並べ、前記z値が最も小さい最上位ボクセルから、上位x(0<x≦100)%のボクセルまでの前記z値の上位平均を、前記指標として算出する、項1に記載の診断支援装置。
[項3]
xは10〜25の範囲内の所定値である、項2に記載の診断支援装置。
[項4]
前記被験強度取得手段は、前記被験者の脳の安静時fMRIの被験画像から前記被験強度を取得し、
前記標準化手段は、前記対照群の脳の安静時fMRIの対照画像から、前記平均および標準偏差を求め、
前記被験画像および前記対照画像は、前記内側側頭葉領域の形状、サイズおよびボクセル数が同一になるように事前処理されている、項1〜3のいずれかに記載の診断支援装置。
[項5]
前記標準化手段は、前記内側側頭葉領域の第i番目のボクセルにおける前記z値zを下記式により算出する、項1〜4のいずれかに記載の診断支援装置。
=(y−m)/σ
:第i番目のボクセルにおける前記被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度
:前記対照群の内側側頭葉領域の第i番目のボクセルにおけるデフォルトモードネットワークの機能的結合強度の平均
σ:前記対照群の内側側頭葉領域の第i番目のボクセルにおけるデフォルトモードネットワークの機能的結合強度の標準偏差
[項6]
前記指標に基づいて、前記被験者がアルツハイマー病であるか否かを予測する予測手段をさらに備えた、項1〜5のいずれかに記載の診断支援装置。
[項7]
コンピュータを、
被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「被験強度」と称する)を取得する被験強度取得手段、
アルツハイマー病ではない対照群の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「対照強度」と称する)の平均および標準偏差に基づき、前記被験強度の、前記対照強度の分布における位置を示すz値を、前記内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する標準化手段、および、
前記z値に基づいて、前記被験者がアルツハイマー病であるか否かを予測するための指標を算出する指標算出手段、
として機能させる、アルツハイマー病の診断支援プログラム。
[項8]
被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「被験強度」と称する)を取得する被験強度取得ステップと、
アルツハイマー病ではない対照群の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「対照強度」と称する)の平均および標準偏差に基づき、前記被験強度の、前記対照強度の分布における位置を示すz値を、前記内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する標準化ステップと、
前記z値に基づいて、前記被験者がアルツハイマー病であるか否かを予測するための指標を算出する指標算出ステップと、
を備えた、アルツハイマー病の診断支援方法。
In order to solve the above problems, the present invention has the following aspects.
[Claim 1]
A test strength acquisition means for acquiring a functional coupling strength (hereinafter referred to as “test strength”) of a default mode network of the medial temporal lobe region of the subject;
Based on the mean and standard deviation of the functional binding strength (hereinafter referred to as “control strength”) of the default mode network of the medial temporal lobe region of the control group that is not Alzheimer's disease, the test strength in the distribution of the control strength Standardization means for calculating a z-value indicating a position for each voxel of the medial temporal lobe region;
Index calculating means for calculating an index for predicting whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the z value;
A diagnostic support apparatus for Alzheimer's disease.
[Section 2]
The index calculating means includes
The voxels are arranged in ascending order of the z value, and the upper average of the z values from the highest voxel with the smallest z value to the upper x (0 <x ≦ 100)% voxels is calculated as the index. Item 2. The diagnosis support apparatus according to Item 1.
[Section 3]
Item 3. The diagnosis support device according to Item 2, wherein x is a predetermined value within a range of 10 to 25.
[Claim 4]
The test strength acquisition means acquires the test strength from a test image of fMRI at rest of the subject's brain,
The standardization means obtains the mean and standard deviation from a control image of resting brain fMRI of the control group,
The diagnosis support apparatus according to any one of Items 1 to 3, wherein the test image and the control image are preprocessed so that the shape, size, and number of voxels of the medial temporal lobe region are the same.
[Section 5]
Item 5. The diagnosis support apparatus according to any one of Items 1 to 4, wherein the standardization unit calculates the z value z i in the i-th voxel of the medial temporal lobe region by the following equation.
z i = (y i −m i ) / σ i
y i : Functional coupling strength of the default mode network of the subject's medial temporal lobe region in the i th voxel m i : Function of the default mode network in the i th voxel of the medial temporal lobe region of the control group Mean σ i : standard deviation of functional bond strength of the default mode network in the i-th voxel in the medial temporal lobe region of the control group [Claim 6]
The diagnosis support apparatus according to any one of Items 1 to 5, further comprising a prediction unit that predicts whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the index.
[Claim 7]
Computer
A test strength acquisition means for acquiring a functional coupling strength (hereinafter referred to as “test strength”) of a default mode network of the medial temporal lobe region of the subject;
Based on the mean and standard deviation of the functional binding strength (hereinafter referred to as “control strength”) of the default mode network of the medial temporal lobe region of the control group that is not Alzheimer's disease, the test strength in the distribution of the control strength A standardization means for calculating a z-value indicating a position for each voxel of the medial temporal lobe region; and
Index calculating means for calculating an index for predicting whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the z value;
A diagnostic support program for Alzheimer's disease.
[Section 8]
A test strength acquisition step of acquiring a functional coupling strength (hereinafter referred to as “test strength”) of a default mode network of the subject's medial temporal lobe region;
Based on the mean and standard deviation of the functional binding strength (hereinafter referred to as “control strength”) of the default mode network of the medial temporal lobe region of the control group that is not Alzheimer's disease, the test strength in the distribution of the control strength A standardization step of calculating a z-value indicating a position for each voxel of the medial temporal lobe region;
An index calculating step for calculating an index for predicting whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the z value;
A diagnostic support method for Alzheimer's disease, comprising:

本発明によれば、予測の基準となる対照群と施設またはデータベースが異なる被験者のADを正確に診断することを支援できる。   According to the present invention, it is possible to assist in accurately diagnosing AD of a subject whose facility or database is different from a control group serving as a reference for prediction.

本発明の実施形態に係るアルツハイマー病の診断支援システムのハードウェア構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a hardware configuration of an Alzheimer's disease diagnosis support system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る診断支援装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the diagnosis assistance apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る診断支援方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the diagnosis assistance method which concerns on embodiment of this invention. アルツハイマー患者(AD)と対照(HC)の内側側頭領域を含むデフォルトモードネットワークの画像である(非特許文献2より引用)。It is an image of a default mode network including the medial temporal region of an Alzheimer patient (AD) and a control (HC) (cited from Non-Patent Document 2). ある被験者の内側側頭領域のボクセルにおける、標準化後の機能的結合の頻度分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the frequency distribution of the functional coupling | bonding after normalization in the voxel of a certain test subject's medial temporal area. ボクセルの順位に対する上位平均の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the high-order average with respect to the order | rank of a voxel. (a)は、ADNI−ADのz値に対するボクセル頻度の平均、およびADNI−HCのz値に対するボクセル頻度の平均を示すグラフであり、(b)は、島根−ADのz値に対するボクセル頻度の平均、および島根−HCのz値に対するボクセル頻度の平均を示すグラフである。(A) is a graph showing an average of voxel frequencies with respect to z values of ADNI-AD and an average of voxel frequencies with respect to z values of ADNI-HC, and (b) is a graph of voxel frequencies with respect to z values of Shimane-AD. It is a graph which shows the average and the average of the voxel frequency with respect to z value of Shimane-HC. (a)は、ADNI−ADの上位平均の分布、およびADNI−HCの上位平均の分布を示す箱ひげ図であり、(b)は、島根−ADの上位平均の分布、および島根−HCの上位平均の分布を示す箱ひげ図である。(A) is a box-and-whisker plot showing the distribution of the upper average of ADNI-AD and the distribution of the upper average of ADNI-HC, and (b) is the distribution of the upper average of Shimane-AD and Shimane-HC. It is a box-and-whisker diagram which shows distribution of an upper average. (a)は、本発明の実施例における、ADNI−ADおよびADNI−HCに対するAD予測のROC曲線であり、(b)は、本発明の実施例における、島根−ADおよび島根−HCに対するAD予測のROC曲線である。(A) is the ROC curve of AD prediction for ADNI-AD and ADNI-HC in the embodiment of the present invention, and (b) is the AD prediction for Shimane-AD and Shimane-HC in the embodiment of the present invention. It is a ROC curve. (a)は、比較例における、島根−ADおよび島根−HCの上記指標値の分布を示す箱ひげ図であり、(b)は、比較例における、島根−ADおよび島根−HCに対するAD予測のROC曲線である。(A) is a box-and-whisker diagram showing the distribution of the above-mentioned index values of Shimane-AD and Shimane-HC in the comparative example, and (b) is an AD prediction for Shimane-AD and Shimane-HC in the comparative example. It is a ROC curve.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

〔用語の定義〕
はじめに、本明細書、特許請求の範囲、及び図面で使用する用語について説明する。
本発明において「アルツハイマー病」又は「AD」は、McKhann GM, Knopman DS, Chertkow H, et al.: The diagnosis of dementia due to Alzheimer’s disease: Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer’s Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease. Alzheimers Dement 2011; 7: 263―269.に記載のADによる認知症、ADを背景とした軽度認知障害(mild cognitive impairment:MCI due to AD)、及びADの発症前段階(preclinical stages of AD)を含む。好ましくは、ADによる認知症、及びADを背景とした軽度認知障害である。
〔Definition of terms〕
First, terms used in the present specification, claims, and drawings will be described.
In the present invention, “Alzheimer's disease” or “AD” is McKhann GM, Knopman DS, Chertkow H, et al .: The diagnosis of dementia due to Alzheimer's disease: Recommendations from the National Institute on Aging-Alzheimer's Association workgroups on diagnostic guidelines for Alzheimer's disease. Alzheimers Dement 2011; 7: 263-269. Dementia caused by AD, mild cognitive impairment (MCI due to AD), and preclinical stages of AD AD). Preferred are dementia due to AD and mild cognitive impairment in the background of AD.

本発明の「被験者」は、ADや軽度認知障害が疑われる者であってもよく、疑われない者であってもよい。また別の態様として、本発明は、MMSE(Mini-Mental State Examination:ミニメンタルステート検査)、DASC−21(Dementia Assessment Sheet for Community-based Integrated Care System-21 items: 地域包括ケアシステムにおける認知症アセスメントシート)、MoCA(Montreal Cognitive Assessment)、Mini−Cog、HDS−R(Hasegawa's Dementia Scale-Revised:改訂長谷川式認知症スケール)等のスクリーニング方法において、軽度認知障害、又は認知症を疑われた被験者を対象としてもよい。例えば、MMSEは23点以下、DASC−21は31点以上、Mini−Cogは2点以下、又はHDS−R20点以下で認知症が疑われる。また例えばMMSE27点以下(23点以下は除く)、又はMoCAは25点以下で軽度認知障害が疑われる。   The “subject” of the present invention may be a person who is suspected of AD or mild cognitive impairment, or may be a person who is not suspected. As another aspect, the present invention relates to MMSE (Mini-Mental State Examination) and DASC-21 (Dementia Assessment Sheet for Community-based Integrated Care System-21 items). Sheet), MoCA (Montreal Cognitive Assessment), Mini-Cog, HDS-R (Hasegawa's Dementia Scale-Revised: revised Hasegawa dementia scale), etc., in subjects with mild cognitive impairment or suspected dementia It may be a target. For example, MMSE is 23 points or less, DASC-21 is 31 points or more, Mini-Cog is 2 points or less, or HDS-R 20 points or less, and dementia is suspected. In addition, for example, MMSE is 27 points or less (except 23 points or less), or MoCA is 25 points or less, and mild cognitive impairment is suspected.

本発明の「対照群」は、脳に機能的、器質的な異常を伴わない者の群であり、健常者、及び他の傷病等を有していても臨床的に脳には機能的、器質的に異常を来していないと判断される者を少なくとも2名以上を含む。好ましくは20名以上、より好ましくは30名以上である。また、対照群には同一の者は含まないことが好ましい。   The `` control group '' of the present invention is a group of persons without functional and organic abnormalities in the brain, and is clinically functional in the brain even if it has healthy individuals and other wounds, Including at least two persons who are judged not to have an abnormality. Preferably 20 or more, more preferably 30 or more. Moreover, it is preferable that the same person is not included in the control group.

本発明において「内側側頭葉領域」とは、主として海馬、海馬傍回、及び扁桃体含む左右両側の領域をいい、好ましくは海馬、海馬傍回、及び扁桃体から構成される左右両側の領域をいう。   In the present invention, the “inner temporal lobe region” mainly refers to the left and right regions including the hippocampus, the hippocampus, and the amygdala, preferably the left and right regions composed of the hippocampus, the hippocampus, and the amygdala. .

〔全体構成〕
図1は、本実施形態に係るアルツハイマー病(以下「AD」とする)の診断支援システム100のハードウェア構成を示すブロック図である。診断支援システム100は、ADの診断支援装置(以下、「診断支援装置」と称する)1、fMRI装置2および表示装置3から主に構成されており、診断支援装置1は、fMRI装置2および表示装置3に接続されている。
〔overall structure〕
FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of a diagnosis support system 100 for Alzheimer's disease (hereinafter referred to as “AD”) according to the present embodiment. The diagnosis support system 100 mainly includes an AD diagnosis support apparatus (hereinafter referred to as “diagnosis support apparatus”) 1, an fMRI apparatus 2, and a display apparatus 3. The diagnosis support apparatus 1 includes the fMRI apparatus 2 and a display. It is connected to the device 3.

診断支援装置1は、被験者がアルツハイマー病であるか否かの診断を支援する装置であり、例えば汎用のパーソナルコンピュータで構成される。診断支援装置1は、ハードウェア構成として、CPU101、メモリ102およびハードディスクドライブ(HDD)103を備えている。CPU101はHDD103に記憶されているプログラムをメモリ102に読み出して実行することにより、各種演算処理を実行する。メモリ102は、CPU101がHDD103から読み出したプログラムやデータを一時的に記憶する。HDD103は、不揮発性の大容量補助記憶装置である。なお、補助記憶装置として、HDD103の代わりにSSD(Solid State Drive)やフラッシュメモリなどを使用してもよい。   The diagnosis support apparatus 1 is an apparatus that supports diagnosis of whether or not a subject has Alzheimer's disease, and is configured by, for example, a general-purpose personal computer. The diagnosis support apparatus 1 includes a CPU 101, a memory 102, and a hard disk drive (HDD) 103 as hardware configurations. The CPU 101 executes various arithmetic processes by reading the program stored in the HDD 103 into the memory 102 and executing it. The memory 102 temporarily stores programs and data read by the CPU 101 from the HDD 103. The HDD 103 is a nonvolatile large-capacity auxiliary storage device. As an auxiliary storage device, an SSD (Solid State Drive) or a flash memory may be used instead of the HDD 103.

fMRI装置2は、機能的核磁気共鳴画像法(functional MRI)を利用して脳の活動部位を視覚化したfMRI画像を得る装置である。fMRI装置2としては、通常のMRI装置にfMRI計測に必要なハードウェアおよびソフトウェアを装備した公知のfMRI装置を用いることができる。本実施形態では、fMRI装置2は、被験者の脳の安静時のfMRI画像(以下、「被験画像」とする)を生成して、被験画像を診断支援装置1に送信する。   The fMRI apparatus 2 is an apparatus that obtains an fMRI image in which an active site of the brain is visualized using functional nuclear magnetic resonance imaging (functional MRI). As the fMRI apparatus 2, a known fMRI apparatus equipped with hardware and software necessary for fMRI measurement in a normal MRI apparatus can be used. In the present embodiment, the fMRI apparatus 2 generates an fMRI image (hereinafter referred to as “test image”) when the subject's brain is at rest, and transmits the test image to the diagnosis support apparatus 1.

表示装置3は、例えば液晶ディスプレイ等で構成されており、診断支援装置1による演算処理結果を表示する。また、診断支援装置1には、図示しないキーボード等の入力装置や、プリンター等の印刷装置が接続されてもよい。   The display device 3 is composed of a liquid crystal display, for example, and displays the calculation processing result by the diagnosis support device 1. The diagnosis support apparatus 1 may be connected to an input device such as a keyboard (not shown) or a printing device such as a printer.

〔診断支援装置の構成〕
図2は、診断支援装置1の機能ブロック図である。図2に示すように、診断支援装置1は、被験強度取得手段11、標準化手段12、指標算出手段13、予測手段14および出力手段15を備えている。これらの各手段は、HDD103に格納されている診断支援プログラム16をCPU101がメモリ102に読み出して実行することにより実現される。すなわち、診断支援プログラム16は、コンピュータである診断支援装置1を、前記各手段、特に、被験強度取得手段11、標準化手段12および指標算出手段13として機能させるプログラムである。診断支援プログラム16は、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体(CD−ROM等)を介して診断支援装置1に供給されてもよいし、インターネットなどの通信ネットワークを介して診断支援装置1に供給されてもよい。なお、上記の被験強度取得手段11、標準化手段12、指標算出手段13、予測手段14および出力手段15の少なくとも一部を、集積回路などのハードウェアによって実現してもよい。
[Configuration of diagnosis support device]
FIG. 2 is a functional block diagram of the diagnosis support apparatus 1. As shown in FIG. 2, the diagnosis support apparatus 1 includes a test intensity acquisition unit 11, a standardization unit 12, an index calculation unit 13, a prediction unit 14, and an output unit 15. Each of these means is realized by the CPU 101 reading the diagnostic support program 16 stored in the HDD 103 into the memory 102 and executing it. That is, the diagnosis support program 16 is a program that causes the diagnosis support apparatus 1, which is a computer, to function as each of the above means, particularly the test intensity acquisition means 11, the standardization means 12, and the index calculation means 13. The diagnosis support program 16 may be supplied to the diagnosis support apparatus 1 via a computer-readable recording medium (CD-ROM or the like) that records the program, or the diagnosis support apparatus 1 via a communication network such as the Internet. May be supplied. Note that at least a part of the test intensity acquisition unit 11, the standardization unit 12, the index calculation unit 13, the prediction unit 14, and the output unit 15 may be realized by hardware such as an integrated circuit.

被験強度取得手段11は、被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「被験強度」と称する)を取得する機能を有している。この機能を実現するため、本実施形態において、被験強度取得手段11は、受付手段11a、事前処理手段11bおよび独立成分分析手段11cを備えている。   The test strength acquisition means 11 has a function of acquiring the functional coupling strength (hereinafter referred to as “test strength”) of the default mode network of the subject's medial temporal lobe region. In order to realize this function, in this embodiment, the test intensity acquisition unit 11 includes a reception unit 11a, a preprocessing unit 11b, and an independent component analysis unit 11c.

標準化手段12は、ADではない対照群の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「対照強度」と称する)の平均および標準偏差に基づき、前記被験強度の、前記対照強度の分布における位置を示すz値を、前記内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する機能を有している。この機能を実現するため、本実施形態において、標準化手段12は、事前処理手段12a、独立成分分析手段12b、平均・標準偏差算出手段12cおよびz値算出手段12dを備えている。   The standardization means 12 is based on the average and standard deviation of the functional binding strength (hereinafter referred to as “control strength”) of the default mode network in the medial temporal lobe region of the non-AD control group, and the control strength of the control strength It has a function of calculating a z value indicating a position in the intensity distribution for each voxel in the medial temporal lobe region. In order to realize this function, in the present embodiment, the standardization means 12 includes a preprocessing means 12a, an independent component analysis means 12b, an average / standard deviation calculation means 12c, and a z value calculation means 12d.

指標算出手段13は、標準化手段12によって算出された前記z値に基づいて、前記被験者がADであるか否かを予測するための指標を算出する機能を有している。また、予測手段14は、前記指標に基づいて、前記被験者がADであるか否かを予測する機能を有している。出力手段15は、予測手段14による予測結果19を表示装置3に出力する機能を有しており、これにより、被験者がADであるか否かの予測結果が表示装置3に表示される。   The index calculation unit 13 has a function of calculating an index for predicting whether or not the subject is AD based on the z value calculated by the standardization unit 12. The prediction unit 14 has a function of predicting whether or not the subject is AD based on the index. The output unit 15 has a function of outputting the prediction result 19 by the prediction unit 14 to the display device 3, and thereby the prediction result as to whether or not the subject is AD is displayed on the display device 3.

以上の各機能ブロックによる具体的な処理内容については、下記の診断支援方法の説明において詳述する。   Specific processing contents by the above functional blocks will be described in detail in the description of the diagnosis support method below.

HDD103には、診断支援プログラム16の他、対照画像17および閾値18が格納されている。対照画像17は、ADではない対照群の安静時fMRI画像である。対照群は、被験者と施設が同じであってもよいし、異なってもよい。すなわち、対照画像17は、fMRI装置2によって生成された対照群の安静時fMRI画像であってもよいし、fMRI装置2とは異なるfMRI装置によって生成された安静時fMRI画像であってもよい。閾値18は、予測手段14が予測処理を行うために参照される数値のデータである。具体的な数値については、後述する。   The HDD 103 stores a contrast image 17 and a threshold 18 in addition to the diagnosis support program 16. The control image 17 is a resting fMRI image of a control group that is not AD. In the control group, the subject and the facility may be the same or different. That is, the control image 17 may be a resting fMRI image of the control group generated by the fMRI apparatus 2 or a resting fMRI image generated by an fMRI apparatus different from the fMRI apparatus 2. The threshold value 18 is numerical data that is referred to for the prediction means 14 to perform a prediction process. Specific numerical values will be described later.

〔診断支援装置の演算処理、診断支援方法〕
図3は、本実施形態に係るADの診断支援方法の手順を示すフローチャートである。以下では、当該診断支援方法を図2に示す診断支援装置1によって実施する形態について説明する。
[Calculation processing of diagnosis support apparatus, diagnosis support method]
FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the AD diagnosis support method according to the present embodiment. Below, the form which implements the said diagnostic assistance method by the diagnostic assistance apparatus 1 shown in FIG. 2 is demonstrated.

図3に示すように、本実施形態に係る診断支援方法は、被験強度取得ステップS1と、標準化ステップS2と、指標算出ステップS3と、予測ステップS4と、出力ステップS7と、を備えている。以下、各ステップについて説明する。   As shown in FIG. 3, the diagnosis support method according to the present embodiment includes a test intensity acquisition step S1, a standardization step S2, an index calculation step S3, a prediction step S4, and an output step S7. Hereinafter, each step will be described.

(被験強度取得)
被験強度取得ステップS1では、被験強度(被験者の内側側頭葉領域のDMN結合強度)を取得する。本実施形態では、まず、図2に示す被験強度取得手段11の受付手段11aが、fMRI装置2から送信された被験画像10を受信して、被験画像10をメモリ102に保存する。
(Test strength acquisition)
In the test strength acquisition step S1, the test strength (DMN binding strength of the subject's medial temporal lobe region) is acquired. In the present embodiment, first, the reception unit 11 a of the test intensity acquisition unit 11 illustrated in FIG. 2 receives the test image 10 transmitted from the fMRI apparatus 2 and stores the test image 10 in the memory 102.

続いて、事前処理手段11bが、被験画像10が標準化手段12および指標算出手段13による演算処理に適合するように、被験画像10に事前処理を施す。具体的には、被験画像10の内側側頭葉領域の形状、サイズおよびボクセル数が、後述する標準化手段12の事前処理手段12aによって事前処理された対照画像17と同一になるように事前処理される。本実施形態では、公知の方法によって被験画像10の脳の形状を標準脳の形状に変換する。この事前処理には頭部微動補正、空間的標準化、空間的平滑化等を含む。なお、解析対象となる内側側頭葉領域の形状、サイズおよびボクセル数は特に限定されないが、本実施形態では、海馬、海馬傍回、及び扁桃体に連続的にまたがる500から3000ボクセルである。この場合、1ボクセルは2mm×2m×2mmまたは3mm×3mm×3mm程度である。当該1000から1500ボクセルに含まれる左右両側の海馬、海馬傍回、及び扁桃体の割合は、選択したボクセル数を100%とした場合に、海馬が42%から45%、海馬傍回45%から48%、及び扁桃体が7%から13%程度である。また、事前処理手段11bは、内側側頭葉領域の各ボクセルに番号を付す。   Subsequently, the pre-processing unit 11 b performs pre-processing on the test image 10 so that the test image 10 is suitable for the arithmetic processing performed by the standardization unit 12 and the index calculation unit 13. Specifically, the shape, size and number of voxels of the medial temporal lobe region of the test image 10 are preprocessed so as to be the same as the control image 17 preprocessed by the preprocessing unit 12a of the standardization unit 12 described later. The In this embodiment, the shape of the brain of the test image 10 is converted into the shape of a standard brain by a known method. This pre-processing includes head fine movement correction, spatial standardization, spatial smoothing and the like. Although the shape, size, and number of voxels of the medial temporal lobe region to be analyzed are not particularly limited, in the present embodiment, they are 500 to 3000 voxels that continuously span the hippocampus, the hippocampal gyrus, and the amygdala. In this case, one voxel is about 2 mm × 2 m × 2 mm or 3 mm × 3 mm × 3 mm. The ratio of the hippocampus, parahippocampal gyrus, and amygdala on both the left and right sides included in the 1000 to 1500 voxels is 42% to 45% for the hippocampus and 45% to 48% for the hippocampus when the selected number of voxels is 100%. %, And the amygdala is about 7% to 13%. In addition, the preprocessing unit 11b assigns a number to each voxel in the medial temporal lobe region.

続いて、独立成分分析手段11cが、被験画像10からデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「DMN結合強度」と称する)を独立成分分析により演算する。本実施形態では、独立成分分析手段11cは、被験者の内側側頭葉領域のボクセル毎にDMN結合強度を演算する。図4は、アルツハイマー患者(AD)とADではない対照(HC)の脳のDMNの画像であり、図中の矢印は、内側側頭領域におけるDMN結合強度を示している。なお、独立成分分析手段11cは、内側側頭葉領域を含む脳全体のDMN結合強度を演算してもよいし、被験画像10にマスク処理を施して、内側側頭葉領域のみのDMN結合強度を演算してもよい。   Subsequently, the independent component analysis unit 11 c calculates the functional coupling strength (hereinafter referred to as “DMN coupling strength”) of the default mode network from the test image 10 by independent component analysis. In the present embodiment, the independent component analysis unit 11c calculates the DMN bond strength for each voxel in the subject's medial temporal lobe region. FIG. 4 is an image of DMN in the brain of Alzheimer's patient (AD) and non-AD control (HC), and the arrows in the figure indicate DMN binding strength in the medial temporal region. The independent component analysis means 11c may calculate the DMN bond strength of the entire brain including the medial temporal lobe region, or may perform mask processing on the test image 10 to obtain the DMN bond strength of only the medial temporal lobe region. May be calculated.

以上により、被験強度取得ステップS1において、被験強度取得手段11は、被験強度を取得する。当該被験強度は、標準化手段12のz値算出手段12dに出力される。   As described above, in the test intensity acquisition step S1, the test intensity acquisition unit 11 acquires the test intensity. The test intensity is output to the z value calculation unit 12d of the standardization unit 12.

なお、変形例として、被験強度取得ステップS1では、受付手段11a、事前処理手段11bおよび独立成分分析手段11cによる処理を、診断支援装置1以外の他の装置によって実施し、当該他の装置から被験強度のデータを診断支援装置1に送信してもよい。この場合、被験強度取得手段11は、被験強度のデータを上記他の装置から受信して、メモリ102および/またはHDD103に記憶させる処理を行う。すなわち、本明細書において、「取得」とは、データ等を自ら生成する態様と、データ等を他の装置から受信する態様との両方を含む概念である。あるいは、受付手段11aおよびお事前処理手段11bによる処理を他の装置によって実施し、事前処理された被験画像10を診断支援装置1に送信し、独立成分分析手段11cによる処理を、診断支援装置1において実施してもよい。   As a modified example, in the test intensity acquisition step S1, the processing by the reception unit 11a, the preprocessing unit 11b, and the independent component analysis unit 11c is performed by a device other than the diagnosis support device 1, and the test is performed from the other device. The intensity data may be transmitted to the diagnosis support apparatus 1. In this case, the test intensity acquisition unit 11 performs a process of receiving the test intensity data from the other device and storing it in the memory 102 and / or the HDD 103. That is, in this specification, “acquisition” is a concept including both an aspect of generating data and the like and an aspect of receiving data and the like from another device. Alternatively, the processing by the reception unit 11a and the preprocessing unit 11b is performed by another device, the test image 10 that has been preprocessed is transmitted to the diagnosis support device 1, and the processing by the independent component analysis unit 11c is performed by the diagnosis support device 1. You may implement in.

(標準化)
続いて、標準化ステップS2では、対照強度の平均および標準偏差に基づき、被験強度の、対照強度の分布における位置を示すz値を、内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する。本実施形態では、まず、図2に示す標準化手段12の事前処理手段12aが、HDD103に格納されている複数の対照画像17をメモリ102に読み出し、各対照画像17に対して事前処理を施す。具体的には、対照画像17の内側側頭葉領域の形状、サイズおよびボクセル数が、事前処理手段11bによって事前処理された被験画像10と同一になるように事前処理される。また、各対照画像17および被験画像10において、同一番号のボクセルの座標が互いに同一となるように、事前処理手段12aは、対照画像17の各ボクセルに番号を付す。
(Standardization)
Subsequently, in the standardization step S2, a z value indicating the position of the test intensity in the distribution of the control intensity is calculated for each voxel in the medial temporal lobe region based on the average and standard deviation of the control intensity. In the present embodiment, first, the preprocessing unit 12 a of the standardization unit 12 shown in FIG. 2 reads a plurality of contrast images 17 stored in the HDD 103 into the memory 102 and performs preprocessing on each contrast image 17. Specifically, the shape, size, and number of voxels of the medial temporal lobe region of the control image 17 are preprocessed so as to be the same as the test image 10 preprocessed by the preprocessing unit 11b. In addition, the pre-processing means 12a assigns a number to each voxel of the control image 17 so that the coordinates of the same number of voxels in each control image 17 and the test image 10 are the same.

続いて、独立成分分析手段12bが、対照画像17から内側側頭葉領域のDMN結合強度を独立成分分析により演算する。本実施形態では、独立成分分析手段12bは、各対照画像17の内側側頭葉領域のボクセル毎にDMN結合強度を演算する。なお、独立成分分析手段12bは、内側側頭葉領域を含む脳全体のDMN結合強度を演算してもよいし、対照画像17にマスク処理を施して、内側側頭葉領域のみのDMN結合強度を演算してもよい。このように、独立成分分析手段12bは、各対照群の内側側頭葉領域のDMN結合強度(以下、「対照強度」とする)を演算する。   Subsequently, the independent component analysis means 12b calculates the DMN bond strength of the medial temporal lobe region from the control image 17 by independent component analysis. In the present embodiment, the independent component analysis unit 12 b calculates the DMN bond strength for each voxel in the medial temporal lobe region of each control image 17. The independent component analyzing means 12b may calculate the DMN bond strength of the entire brain including the medial temporal lobe region, or the mask image is applied to the control image 17 so that the DMN bond strength of only the medial temporal lobe region is calculated. May be calculated. As described above, the independent component analyzing unit 12b calculates the DMN binding strength (hereinafter referred to as “control strength”) of the medial temporal lobe region of each control group.

続いて、平均・標準偏差算出手段12cが、独立成分分析手段12bによって演算された各対照強度の平均および標準偏差を、内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する。例えば、対照群に含まれる対象者の数(すなわち対照画像17の数)をn、第i番目(i=1〜1000)のボクセルの第k番目の対照の対照強度をyikとすると、第i番目のボクセルの平均mおよび標準偏差σは、下記式により算出される。 Subsequently, the average / standard deviation calculating unit 12c calculates the average and standard deviation of each control intensity calculated by the independent component analyzing unit 12b for each voxel in the medial temporal lobe region. For example, if the number of subjects included in the control group (ie, the number of control images 17) is n, and the control intensity of the k-th control of the i-th (i = 1 to 1000) voxel is y ik , The average mi and standard deviation σ i of the i-th voxel are calculated by the following formula.

続いて、z値算出手段12dが、平均・標準偏差算出手段12cによって算出された平均および標準偏差に基づき、被験強度取得手段11から入力された被験強度の、対照強度の分布における位置を示すz値を、内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する。本実施形態では、第i番目のボクセルにおけるz値zを、下記式により算出する。 Subsequently, z value calculation means 12d indicates the position of the test intensity input from the test intensity acquisition means 11 in the control intensity distribution based on the average and standard deviation calculated by the average / standard deviation calculation means 12c. A value is calculated for each voxel in the medial temporal lobe region. In the present embodiment, the z value z i in the i-th voxel is calculated by the following equation.

=(y−m)/σ
:第i番目のボクセルにおける前記被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度
:前記対照群の内側側頭葉領域の第i番目のボクセルにおけるデフォルトモードネットワークの機能的結合強度の平均
σ:前記対照群の内側側頭葉領域の第i番目のボクセルにおけるデフォルトモードネットワークの機能的結合強度の標準偏差
z i = (y i −m i ) / σ i
y i : Functional coupling strength of the default mode network of the subject's medial temporal lobe region in the i th voxel m i : Function of the default mode network in the i th voxel of the medial temporal lobe region of the control group Mean σ i : standard deviation of the functional bond strength of the default mode network in the i-th voxel in the medial temporal lobe region of the control group

z値は無次元数であり、被験強度が対照強度の平均と等しいボクセルのz値は0となり、被験強度が対照強度の平均より大きいボクセルのz値は正となり、被験強度が対照強度の平均より小さいボクセルのz値は負となる。なお、z値は、被験強度の対照強度の分布における位置を示す値であれば、特に限定されず、例えば偏差値であってもよい。   The z-value is a dimensionless number, the z-value of the voxel whose test intensity is equal to the average of the control intensity is 0, the z-value of the voxel whose test intensity is greater than the average of the control intensity is positive, and the test intensity is the average of the control intensity Smaller voxels have negative z values. In addition, if z value is a value which shows the position in distribution of the test intensity | strength of control intensity | strength, it will not specifically limit, For example, a deviation value may be sufficient.

以上により、標準化ステップS2において、標準化手段12は、対照強度の平均および標準偏差に基づき、前記被験強度の、前記対照強度の分布における位置を示すz値を、前記内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する。当該z値は、ボクセルの番号とともに指標算出手段13に出力される。   As described above, in the standardization step S2, the standardization means 12 calculates the z value indicating the position of the test intensity in the distribution of the control intensity based on the average and standard deviation of the control intensity for each voxel in the medial temporal lobe region. To calculate. The z value is output to the index calculation means 13 together with the voxel number.

なお、変形例として、標準化ステップS2では、事前処理手段12a、独立成分分析手段12bおよび平均・標準偏差算出手段12cによる処理の少なくともいずれかを、診断支援装置1以外の他の装置によって実施してもよい。例えば、事前処理手段12a、独立成分分析手段12bおよび平均・標準偏差算出手段12cによる各処理を上記他の装置にて行い、当該他の装置が算出した対照強度の平均および標準偏差のデータを、診断支援装置1に送信してもよい。この場合、標準化手段12は、他の装置から受信した上記平均および標準偏差に基づきz値を算出する。   As a modification, in the standardization step S2, at least one of the processes by the preprocessing unit 12a, the independent component analysis unit 12b, and the average / standard deviation calculation unit 12c is performed by a device other than the diagnosis support device 1. Also good. For example, each process by the pre-processing unit 12a, the independent component analyzing unit 12b, and the average / standard deviation calculating unit 12c is performed by the other apparatus, and the control intensity average and standard deviation data calculated by the other apparatus are obtained. You may transmit to the diagnostic assistance apparatus 1. FIG. In this case, the standardization means 12 calculates the z value based on the average and standard deviation received from another device.

また、標準化ステップS2の処理のうち、事前処理手段12a、独立成分分析手段12bおよび平均・標準偏差算出手段12cによる各処理は、被験強度取得ステップS1の前または同時に行ってもよい。   Of the processes in the standardization step S2, the processes by the preprocessing unit 12a, the independent component analysis unit 12b, and the average / standard deviation calculation unit 12c may be performed before or simultaneously with the test intensity acquisition step S1.

また、z値の算出を被験画像10の脳全体について行ってもよい。この場合、z値の算出後にマスク処理を施して内側側頭葉領域のみのz値を抽出し、抽出されたz値を指標算出手段13に出力すればよい。   Further, the z value may be calculated for the entire brain of the test image 10. In this case, after the z value is calculated, a mask process is performed to extract the z value of only the medial temporal lobe region, and the extracted z value may be output to the index calculation means 13.

(指標算出)
続いて、指標算出ステップS3では、標準化ステップS2で算出されたz値に基づいて、被験者がADであるか否かを予測するための指標を算出する。本実施形態では、まず、指標算出手段13が、標準化手段12から入力されたz値のヒストグラム化を行い、z値に対するボクセルの頻度分布を算出する。
(Index calculation)
Subsequently, in an index calculation step S3, an index for predicting whether or not the subject is AD is calculated based on the z value calculated in the standardization step S2. In the present embodiment, first, the index calculation unit 13 forms a histogram of the z values input from the standardization unit 12, and calculates the frequency distribution of voxels with respect to the z values.

図5は、ボクセルの頻度分布の一例を示すグラフである。横軸はz値を表しており、縦軸はz値に対応するボクセル頻度(ボクセル数)を表している。   FIG. 5 is a graph showing an example of a frequency distribution of voxels. The horizontal axis represents the z value, and the vertical axis represents the voxel frequency (number of voxels) corresponding to the z value.

続いて、指標算出手段13は、ボクセルをz値が小さい順に並べ、z値が最も小さい最上位ボクセルから、上位x(0<x≦100)%のボクセルまでのz値の上位平均を算出する。xは0より大きく100以下の範囲内であれば特に限定されないが、xは10〜25の範囲内の所定値であることが好ましく、本実施形態ではx=10である。   Subsequently, the index calculating unit 13 arranges the voxels in ascending order of the z value, and calculates the upper average of the z values from the highest voxel having the smallest z value to the upper x (0 <x ≦ 100)% voxels. . Although it will not specifically limit if x is in the range of more than 0 and 100 or less, it is preferable that x is a predetermined value in the range of 10-25, and is x = 10 in this embodiment.

例えば、図5に示すボクセルの頻度分布において、z値の最小値が−5であり、z値の最大値が+4であるとすると、指標算出手段13は、z値が−5であるボクセルを最上位ボクセルとし、z値が+4であるボクセルを最下位ボクセルとし、最上位ボクセルから最下位ボクセルまでをz値が小さい順に並べる。続いて、指標算出手段13は、各ボクセルについて、最上位ボクセルから当該ボクセルまでのz値の上位平均を求める。すなわち、第i番目(i=1〜1000)のボクセルでは、最上位ボクセルから第i番目のボクセルまでのz値の上位平均を求める。   For example, in the voxel frequency distribution shown in FIG. 5, if the minimum value of the z value is −5 and the maximum value of the z value is +4, the index calculating unit 13 selects the voxel having the z value of −5. The voxel with the z value of +4 is set as the least significant voxel, and the most significant voxel to the least significant voxel are arranged in ascending order of the z value. Subsequently, the index calculation unit 13 obtains, for each voxel, an upper average of z values from the highest-order voxel to the voxel. That is, for the i-th (i = 1 to 1000) voxel, the upper average of z values from the highest-order voxel to the i-th voxel is obtained.

図6は、ボクセルの順位に対する上位平均の一例を示すグラフである。横軸は、ボクセルの順位を%で表わしたものであり、最上位ボクセルが0%、最下位ボクセルが100%に対応する。縦軸は、各ボクセルにおけるz値の上位平均を表しており、例えば、上位10%のボクセルに対応する値(z10)は、最上位ボクセルから第100番目のボクセル(上位10%のボクセル)までのz値の平均を示している。ボクセルの順位が下がるにつれてz値は大きくなるため、下位のボクセルであるほど、それに対応する上位平均は大きくなる。 FIG. 6 is a graph showing an example of a higher average with respect to the rank of voxels. The horizontal axis represents the order of voxels in%, with the highest voxel corresponding to 0% and the lowest voxel corresponding to 100%. The vertical axis represents the upper average of z values in each voxel. For example, the value corresponding to the upper 10% voxel (z 10 ) is the 100th voxel from the highest voxel (the upper 10% voxel). The average of z values up to is shown. Since the z value increases as the rank of the voxel decreases, the upper average corresponding to the lower voxel increases.

本実施形態では、指標算出手段13は、最上位ボクセルから上位10%のボクセルまでのz値の上位平均であるz10を、被験者がADであるか否かを予測するための指標として算出する。算出された指標は、予測手段14に出力される。なお、指標算出手段13は、上記のヒストグラム化を行うことなく、指標を算出してもよい。 In the present embodiment, the index calculation means 13 calculates z 10 , which is an upper average of z values from the highest voxel to the top 10% voxel, as an index for predicting whether or not the subject is AD. . The calculated index is output to the prediction unit 14. Note that the index calculation unit 13 may calculate the index without performing the above histogram formation.

(ADの予測)
続いて、予測ステップS4では、指標算出ステップS3で算出された指標に基づいて、被験者がADであるか否かを予測する。本実施形態では、予測手段14が、指標算出手段13が算出した指標(z10)をHDD103に格納されている閾値18と比較する。
(AD prediction)
Subsequently, in the prediction step S4, it is predicted whether or not the subject is AD based on the index calculated in the index calculation step S3. In the present embodiment, the prediction unit 14 compares the index (z 10 ) calculated by the index calculation unit 13 with the threshold value 18 stored in the HDD 103.

その結果、前記指標が閾値18よりも小さい場合(ステップS4においてYes)、予測手段14は、被験者がADである可能性が高いと予測する(ステップS5)。一方、前記指標が閾値18と同じまたはそれよりも大きい場合(ステップS4においてNo)、予測手段14は、被験者がADである可能性が低いと予測する(ステップS6)。   As a result, when the index is smaller than the threshold 18 (Yes in Step S4), the prediction unit 14 predicts that the subject is highly likely to be AD (Step S5). On the other hand, when the index is equal to or larger than the threshold 18 (No in step S4), the predicting unit 14 predicts that the possibility that the subject is AD is low (step S6).

閾値18は以下のように設定される。後述の実施例に示されるように、最上位ボクセルから下位ボクセルまでのz値の上位平均は、被験者と対照群の施設またはデータベースが同じであるか否かに関わらず、AD患者と対照との間に有意差があることが分かっている。特に、最上位ボクセルから上位10〜25%のボクセルまでのz値の上位平均は、AD患者と対照との間の有意差が顕著である。例えば、最上位ボクセルから上位10%のボクセルまでのz値の上位平均は、AD患者の75%が約−2よりも小さくなる一方、対照の75%が約−2以上となる。また、最上位ボクセルから上位25%のボクセルまでのz値の上位平均は、AD患者の75%が約−1.5よりも小さくなる一方、対照の75%が約−1.5以上となる。   The threshold value 18 is set as follows. As shown in the examples below, the upper average of the z-values from the top voxel to the lower voxel is the difference between the AD patient and the control regardless of whether the subject and the control group facility or database are the same. It is known that there is a significant difference between them. In particular, the significant average between AD patients and controls is significant in the top average of z values from the top voxel to the top 10-25% voxels. For example, the top average of z values from the top voxel to the top 10% voxels is 75% of AD patients less than about -2, while 75% of controls are about -2 or more. Also, the upper mean z-value from the top voxel to the top 25% voxels is 75% for AD patients less than about -1.5, while 75% for controls is about -1.5 or higher. .

そこで、本実施形態では、閾値18を−2に設定し、予測手段14は、指標算出手段13から入力された指標z10を−2と比較し、被験者がADであるか否かを予測する。これにより、被験者の施設またはデータベースが対照群と同一であるか否かに関わらず、70%を超える安定した感度を得ることができる。 Therefore, in this embodiment, the threshold value 18 is set to −2, and the predicting unit 14 compares the index z 10 input from the index calculating unit 13 with −2 to predict whether or not the subject is AD. . Thereby, it is possible to obtain a stable sensitivity exceeding 70% regardless of whether or not the subject's facility or database is the same as the control group.

(予測結果の出力)
続いて、出力ステップS7では、予測ステップS4で予測された予測結果を出力する。本実施形態では、出力手段15が、予測手段14による予測結果19を図1に示す表示装置3に出力する。これにより、被験者がADであるか否かの予測結果が表示装置3に表示される。予測結果の具体的な表記は特に限定されないが、例えば、ADである可能性が高い、またはADである可能性が低いと表示してもよい。あるいは、被験者がADである可能性を示すパーセント等の数値で表示してもよい。この場合、指標算出手段13が算出した指標が小さいほど、上記数値を大きくしてもよい。また、他の例として、A〜D等の評価を示す記号によって予測結果を表示してもよい。医師等は、この予測結果を、被験者がADであるか否かの診断材料の一つとすることができる。
(Output of prediction results)
Subsequently, in the output step S7, the prediction result predicted in the prediction step S4 is output. In this embodiment, the output means 15 outputs the prediction result 19 by the prediction means 14 to the display device 3 shown in FIG. Thereby, the prediction result of whether or not the subject is AD is displayed on the display device 3. Although the specific description of a prediction result is not specifically limited, For example, you may display that possibility that it is AD is high or possibility that it is AD is low. Or you may display by numerical values, such as a percentage which shows that a test subject is AD. In this case, the numerical value may be increased as the index calculated by the index calculation unit 13 is smaller. As another example, the prediction result may be displayed using symbols indicating evaluations such as A to D. A doctor or the like can use this prediction result as one of diagnostic materials for determining whether or not the subject has AD.

なお、予測結果の出力態様は特に限定されず、例えば、予測結果19をプリンター等の印刷装置に出力し、予測結果を紙媒体に印刷してもよい。   The output mode of the prediction result is not particularly limited. For example, the prediction result 19 may be output to a printing apparatus such as a printer, and the prediction result may be printed on a paper medium.

〔付記事項〕
以上のように、上記実施形態では、予測の基準となる対照群と施設またはデータベースが異なる被験者のADを高確率で予測することができる。よって、被験者のADを正確に診断することを支援できる。
[Additional Notes]
As described above, in the above-described embodiment, it is possible to predict the AD of a subject whose facility or database is different from the control group serving as a reference for prediction with high probability. Therefore, accurate diagnosis of the subject's AD can be supported.

また、従来の脳画像研究における機械学習では、主に多ボクセルパターン解析(Multi-voxel pattern analysis)と呼ばれる手法が用いられてきたが、この手法をADの予測に用いる場合、膨大な数の安静時fMRI画像の学習データが必要とされる。これに対し、上記実施形態では、機械学習のような複雑な演算処理を行うことなく、被験者のADを予測することができ、多数の対照群を必要としない。   Also, in machine learning in conventional brain image research, a technique called multi-voxel pattern analysis has been mainly used. However, when this technique is used for AD prediction, an enormous number of rests are used. Sometimes learning data of fMRI image is required. On the other hand, in the above embodiment, the subject's AD can be predicted without performing complicated arithmetic processing such as machine learning, and a large number of control groups are not required.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and a mode obtained by appropriately combining technical means disclosed in the above-described embodiment is also described in this embodiment. It is included in the technical scope of the invention.

例えば、上記実施形態において、指標算出手段13は、被験者がADであるか否かを予測するための指標として、最上位ボクセルから上位x%のボクセルまでのz値の「上位平均」を算出していたが、本発明はこれに限定されない。内側側頭葉のボクセル数が被験画像と対照群の安静時fMRI画像とで同一である場合は、指標算出手段13は、最上位ボクセルから上位x%のボクセルまでのz値の「合計」を、上記指標として算出してもよい。   For example, in the above embodiment, the index calculation means 13 calculates the “upper average” of z values from the highest voxel to the top x% voxels as an index for predicting whether or not the subject is AD. However, the present invention is not limited to this. When the number of voxels in the medial temporal lobe is the same in the test image and the resting fMRI image in the control group, the index calculation means 13 calculates the “total” of z values from the top voxel to the top x% voxels. , It may be calculated as the index.

また、上記実施形態において、指標算出手段13は、上記指標を算出するために、ボクセルをz値が小さい順に並べ、z値が最も小さいボクセルを最上位ボクセルとしていたが、これとは逆に、z値が大きい順にボクセルを並べ、z値が最も大きいボクセルを最上位ボクセルとしてもよい。この場合、指標算出手段13は、z値が最も小さい最下位ボクセルから、下位x%のボクセルまでのz値の下位平均を、上記指標として算出する。   In the above embodiment, the index calculation unit 13 arranges the voxels in ascending order of the z value and calculates the voxel having the smallest z value as the most significant voxel in order to calculate the index. The voxels may be arranged in order of increasing z value, and the voxel having the largest z value may be set as the most significant voxel. In this case, the index calculation means 13 calculates the lower average of z values from the lowest voxel with the smallest z value to the lower x% voxels as the index.

また、上記実施形態における診断支援プログラム16は、図3のフローチャートに示す手順に従って演算処理を行うものであればよく、事前処理、独立成分分析、平均・標準偏差算出、z値算出等の個々の演算処理を公知のソフトウェアを利用して行ってもよい。   Further, the diagnosis support program 16 in the above embodiment only needs to perform arithmetic processing according to the procedure shown in the flowchart of FIG. 3, and individual processing such as preprocessing, independent component analysis, average / standard deviation calculation, z value calculation, and the like. The arithmetic processing may be performed using known software.

また、本発明では、診断支援装置1の予測手段14は必須構成ではなく、指標算出手段13が算出した指標を、出力手段15によって出力してもよい。この場合、医師等が出力された指標に基づき、被験者がADであるかを予測してもよい。   In the present invention, the prediction unit 14 of the diagnosis support apparatus 1 is not an essential component, and the index calculated by the index calculation unit 13 may be output by the output unit 15. In this case, a doctor or the like may predict whether or not the subject is AD based on the output index.

以下、本発明に係るADの診断支援装置によって、対照群と施設またはデータベースが異なる被験者のADが高確率で予測できることを検証した。まず、図1に示すfMRI装置を用いて、島根大学医学部附属病院を受診したAD患者および対照の全脳の安静時fMRI画像を取得した。また、図1および図2に示す診断支援装置1のHDD103には、対照画像17として、研究者が自由に用いることのできる北米のADNIデータベースの対照の全脳の安静時fMRI画像を格納した。また、ADNIデータベースのAD患者の脳の安静時fMRI画像も取得した。本実施例における、AD患者(AD)および対照(HC)の人数、年齢、性比およびMMSEのスコアは表1の通りである。   In the following, it was verified that the AD diagnosis support apparatus according to the present invention can predict AD of subjects having different facilities and databases from the control group with high probability. First, by using the fMRI apparatus shown in FIG. 1, resting fMRI images of the AD patient and the whole brain of the control who visited the Shimane University Hospital were acquired. In addition, the HDD 103 of the diagnosis support apparatus 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 stores, as a control image 17, a resting fMRI image of the control whole brain in the ADNI database in North America that can be used freely by researchers. In addition, resting fMRI images of the brains of AD patients in the ADNI database were also acquired. Table 1 shows the numbers of AD patients (AD) and controls (HC), age, sex ratio, and MMSE score in this example.

続いて、島根大学医学部附属病院を受診したAD患者(以下、「島根−AD」とする)ならびに対照群(以下、「島根−HC」とする)、および、ADNIデータベースのAD患者(以下、「ADNI−AD」とする)の全脳のfMRI画像を診断支援装置1に入力し、被験強度取得手段11によって、島根−AD、島根−HC、および、ADNI−ADのDMN結合強度を演算した。また、ADNIデータベースの対照群(以下、「ADNI−HC」とする)についても、対照画像17からADNI−HCのDMN結合強度(対照強度)を演算した。さらに、平均・標準偏差算出手段12cによって、上記対照強度の平均および標準偏差を算出した。   Subsequently, AD patients (hereinafter referred to as “Shimane-AD”) and a control group (hereinafter referred to as “Shimane-HC”) who visited a hospital attached to the Shimane University School of Medicine, and AD patients in the ADNI database (hereinafter referred to as “ The whole brain fMRI image of “ADNI-AD” was input to the diagnosis support apparatus 1, and the DMN bond strength of Shimane-AD, Shimane-HC, and ADNI-AD was calculated by the test strength acquisition means 11. For the control group in the ADNI database (hereinafter referred to as “ADNI-HC”), the DMNI binding strength (control strength) of ADNI-HC was calculated from the control image 17. Further, the average and standard deviation of the control intensity were calculated by the average / standard deviation calculation means 12c.

続いて、平均・標準偏差算出手段12cによって算出された上記対照強度の平均および標準偏差に基づき、z値算出手段12dによって、島根−ADの各DMN結合強度について、内側側頭葉領域のボクセル毎にz値を算出した。同様に、島根−HCの各DMN結合強度、ADNI−ADの各DMN結合強度、およびADNI−HCの各DMN結合強度についても、z値算出手段12dによって、内側側頭葉領域のボクセル毎にz値を算出した。具体的には、内側側頭葉領域1295ボクセルについてz値を求めた。当該1295ボクセルの分布は連続しており、左海馬273ボクセル、右海馬288ボクセル、左海馬傍回286ボクセル、右海馬傍回316ボクセル、左扁桃体62ボクセル、及び右扁桃体70ボクセル(z値を求めた1295ボクセルを100%とした場合、海馬が約43%、海馬傍回が約46%、及び扁桃体が約10%)であった。また、1ボクセルは3mm×3mm×3mmとした。   Subsequently, on the basis of the mean and standard deviation of the control intensity calculated by the average / standard deviation calculating means 12c, the z-value calculating means 12d determines each Shimane-AD DMN bond strength for each voxel in the medial temporal lobe region. The z value was calculated. Similarly, each DMN bond strength of Shimane-HC, each DMN bond strength of ADNI-AD, and each DMN bond strength of ADNI-HC are also z-valued for each voxel in the medial temporal lobe region by the z-value calculating means 12d. The value was calculated. Specifically, z values were determined for the medial temporal lobe region 1295 voxels. The distribution of the 1295 voxels is continuous, and the left hippocampus 273 voxels, the right hippocampus 288 voxels, the left hippocampal gyrus 286 voxels, the right hippocampal gyrus 316 voxels, the left amygdala 62 voxels, and the right amygdala 70 voxels (determining the z value) In addition, when the number of 1295 voxels was 100%, the hippocampus was about 43%, the hippocampal circulation was about 46%, and the amygdala was about 10%. One voxel was 3 mm × 3 mm × 3 mm.

算出されたz値について、ボクセル頻度をヒストグラム化したグラフを図7に示す。図7(a)は、ADNI−ADのz値に対するボクセル頻度の平均、およびADNI−HCのz値に対するボクセル頻度の平均を示すグラフである。また、図7(b)は、島根−ADのz値に対するボクセル頻度の平均、および島根−HCのz値に対するボクセル頻度の平均を示すグラフである。これらのグラフでは、ADNIデータベースおよび島根大学医学部とも、z値に対するボクセル頻度の分布は、AD患者の平均が対照の平均よりも若干左にシフトしていることが分かる程度である。   FIG. 7 shows a graph in which the voxel frequency is converted into a histogram for the calculated z value. FIG. 7A is a graph showing the average of the voxel frequency with respect to the ADNI-AD z value and the average of the voxel frequency with respect to the ADNI-HC z value. FIG. 7B is a graph showing an average of voxel frequencies with respect to the z value of Shimane-AD and an average of voxel frequencies with respect to the z value of Shimane-HC. In these graphs, both the ADNI database and the Shimane University School of Medicine show that the distribution of voxel frequency versus z-value is such that the average of AD patients is slightly shifted to the left relative to the average of controls.

続いて、指標算出手段13によって、ADNI−AD、ADNI−HC、島根−ADおよび島根−HCの、最上位ボクセルから上位x%のボクセルまでのz値の上位平均を、x=10、25、50、100である場合のそれぞれについて演算した。その演算結果を、図8に示す。図8(a)は、ADNI−ADの上位平均の分布、およびADNI−HCの上位平均の分布を示す箱ひげ図であり、図8(b)は、島根−ADの上位平均の分布、および島根−HCの上位平均の分布を示す箱ひげ図である。   Subsequently, the index calculation means 13 calculates an upper average of z values from ADNI-AD, ADNI-HC, Shimane-AD, and Shimane-HC from the highest voxel to the upper x% voxels, x = 10, 25, Calculation was performed for each of 50 and 100. The calculation result is shown in FIG. FIG. 8 (a) is a box-and-whisker diagram showing the distribution of the upper average of ADNI-AD and the distribution of the upper average of ADNI-HC, and FIG. 8 (b) shows the distribution of the upper average of Shimane-AD, and It is a box-and-whisker diagram which shows distribution of the upper average of Shimane-HC.

図8(a)に示すように、x=10および25の場合は、ADNI−ADの上位平均の75パーセンタイル値とADNI−HCの上位平均の25パーセンタイル値がほぼ等しくなり、x=50および100の場合であっても、ADNI−ADの上位平均の箱は、ADNI−HCの上位平均の箱とほとんど重複しない。同様に、図8(b)に示すように、x=10およびx=25の場合は、島根−ADの75パーセンタイル値と島根−HCの25パーセンタイル値がほぼ等しくなり、x=50および100の場合であっても、島根−ADの上位平均の箱は、島根−HCの上位平均の箱と一部分しか重複しない。   As shown in FIG. 8A, when x = 10 and 25, the 75th percentile value of the upper average of ADNI-AD and the 25th percentile value of the upper average of ADNI-HC are substantially equal, and x = 50 and 100 Even in this case, the upper average box of ADNI-AD hardly overlaps the upper average box of ADNI-HC. Similarly, as shown in FIG. 8B, when x = 10 and x = 25, the 75th percentile value of Shimane-AD and the 25th percentile value of Shimane-HC are substantially equal, and x = 50 and 100 Even in this case, the Shimane-AD upper average box overlaps only partially with the Shimane-HC upper average box.

ここで、上位平均を算出するための基準となる対照群は、ADNIデータベースの対照群であるため、最上位ボクセルから下位ボクセルまでのz値の上位平均は、被験者と対照群の施設またはデータベースが同じであるか否かに関わらず、AD患者と対照との間に有意差があることが分かる。特に、x=10および25の場合は、AD患者と対照との間の有意差が顕著であることが分かる。   Here, since the reference group for calculating the upper average is a control group of the ADNI database, the upper average of z values from the highest voxel to the lower voxel is determined by the facility or database of the subject and the control group. It can be seen that there is a significant difference between AD patients and controls, whether or not they are the same. In particular, when x = 10 and 25, it can be seen that significant differences between AD patients and controls are significant.

また、図8(a)および(b)から、ADNIデータベースおよび島根大学医学部の両方において、最上位ボクセルから上位10%のボクセルまでのz値の上位平均は、AD患者の75%が約−2よりも小さくなる一方、対照の75%が約−2以上となり、また、最上位ボクセルから上位25%のボクセルまでのz値の上位平均は、AD患者の75%が約−1.5よりも小さくなる一方、対照の75%が約−1.5以上となることが分かった。   8A and 8B, in both the ADNI database and the Shimane University School of Medicine, the upper average of z values from the highest voxel to the top 10% voxel is approximately −2 for 75% of AD patients. While 75% of the controls were about -2 or higher, and the top average z-value from the top voxel to the top 25% voxels was 75% of AD patients was about -1.5 While decreasing, it was found that 75% of the controls were greater than about -1.5.

よって、閾値を、x=10の場合は−2に設定し、x=25の場合は−1.5に設定した。そして、島根−ADおよび島根−HCの各被験者について算出された指標を閾値と比較することによって、各被験者がADであるか否かを予測し、予測結果が正しいか否かを検証した。具体的には、各被験者について、当該被験者の予測結果と、あらかじめ把握されている当該被験者のAD/HCの区分とをLOOCVにより照合した。その結果、予測結果の正答率は、x=10、x=25およびx=50のいずれの場合も、70%を超えた。なお、正答率は、x=100の時に66.0%、x=50の時には72.3%、x=25では74.5%、x=10の時に76.6%であり、xが小さくなるにつれ正答率も上昇した。   Therefore, the threshold value was set to -2 when x = 10 and -1.5 when x = 25. And the index calculated about each subject of Shimane-AD and Shimane-HC was compared with the threshold value, it was predicted whether each subject was AD, and it was verified whether the prediction result was correct. Specifically, for each subject, the predicted result of the subject was compared with the AD / HC classification of the subject that was grasped in advance by LOOCV. As a result, the correct answer rate of the prediction result exceeded 70% in all cases of x = 10, x = 25, and x = 50. The correct answer rate is 66.0% when x = 100, 72.3% when x = 50, 74.5% when x = 25, and 76.6% when x = 10, and x is small. As a result, the correct answer rate also increased.

このように、本実施例では、被験者の施設またはデータベースが対照群と同一であるか否かに関わらず、70%を超える正答率で被験者がADであるか否かを予測できることが分かった。   Thus, it was found that in this example, it is possible to predict whether or not a subject is AD with a correct answer rate exceeding 70% regardless of whether or not the subject's facility or database is the same as that of the control group.

図9(a)は、本実施例における、ADNI−ADおよびADNI−HCに対するAD予測のROC曲線(Receiver Operating Characteristic)であり、図9(b)は、本実施例における、島根−ADおよび島根−HCに対するAD予測のROC曲線である。また、表2には各ROC曲線に対応するAUC値を示す。いずれの場合も、特に、x=10およびx=25の場合に、高い感度および特異度を得ることができた。ADNI−ADおよびADNI−HCに対するAD予測、及び島根−ADおよび島根−HCに対するAD予測とも、AUC値もModerate accuracyの範囲となり良好であった。
FIG. 9A is an ROC curve (Receiver Operating Characteristic) of AD prediction for ADNI-AD and ADNI-HC in the present example, and FIG. 9B is Shimane-AD and Shimane in the present example. -ROC curve of AD prediction for HC. Table 2 shows the AUC value corresponding to each ROC curve. In any case, high sensitivity and specificity could be obtained particularly when x = 10 and x = 25. The AD prediction for ADNI-AD and ADNI-HC, and the AD prediction for Shimane-AD and Shimane-HC both showed good AUC values in the range of Moderate accuracy.

また、図8(b)に示すように、x=50およびx=100の場合も、島根−ADの上位平均の箱は、島根−HCの上位平均の箱と一部分しか重複しない。そのため、いずれの場合も、閾値を、例えば重複部分の中間値に設定することにより、従来の技術(50%)よりも高い正答率で被験者がADであるか否かを予測できることが分かった。   Further, as shown in FIG. 8B, even in the case of x = 50 and x = 100, the Shimane-AD upper average box partially overlaps with the Shimane-HC upper average box. Therefore, in any case, it was found that by setting the threshold value to, for example, the intermediate value of the overlapping portion, it is possible to predict whether or not the subject is AD with a higher correct answer rate than the conventional technique (50%).

一方、比較例として、従来の技術を用いて、島根−ADおよび島根−HCに対するAD予測を行った。具体的には、リニアのサポートベクトルマシンに基づく多ボクセルパターン解析(Multi-voxel pattern analysis)によって、ADNIデータベースの安静時fMRI画像を機械学習させた。そして、当該機械学習によって構築された予測モデルを用いて、島根−ADおよび島根−HCに対し、AD予測のための指標値を算出した。   On the other hand, as a comparative example, AD prediction for Shimane-AD and Shimane-HC was performed using a conventional technique. Specifically, the resting fMRI image of the ADNI database was machine-learned by multi-voxel pattern analysis based on a linear support vector machine. And the index value for AD prediction was computed with respect to Shimane-AD and Shimane-HC using the prediction model built by the said machine learning.

図10(a)は、比較例における、島根−ADおよび島根−HCの上記指標値の分布を示す箱ひげ図であり、図10(b)は、比較例における、島根−ADおよび島根−HCに対するAD予測のROC曲線である。図10(a)に示すように、島根−ADの箱は、島根−HCの上位平均の箱と大部分が重複している。そのため、図10(b)に示すように、島根−ADおよび島根−HCに対するAD予測の感度および特異度は低くなり、LOOCVの正答率はチャンスレベル(50%程度)であった。また、島根−ADおよび島根−HCに対するAUC値も54.6であり、Low accuracyのレベルであった。   FIG. 10A is a box-and-whisker diagram showing the distribution of the index values of Shimane-AD and Shimane-HC in the comparative example, and FIG. 10B is Shimane-AD and Shimane-HC in the comparative example. It is a ROC curve of AD prediction for. As shown in FIG. 10A, most of the Shimane-AD box overlaps with the upper average box of Shimane-HC. Therefore, as shown in FIG. 10 (b), the sensitivity and specificity of AD prediction for Shimane-AD and Shimane-HC were low, and the correct answer rate of LOOCV was a chance level (about 50%). Moreover, AUC value with respect to Shimane-AD and Shimane-HC was also 54.6, and was the level of Low accuracy.

以上のように、被験者の施設またはデータベースが対照群と異なる場合に、本発明に係るADの診断支援装置によって、従来の技術よりも高確率でADを予測できることが分かった。そして、本発明によれば、予測の基準となる対照群と施設またはデータベースが異なる被験者についてもfMRIによるADの早期診断、特にfMDIによる軽度認知障害の診断も可能となるため、施設及びデータベースを越えたADの早期発見が期待できると考えられる。また、内側側頭領域は、解剖学的に同定しやすくまた比較的狭い領域であるため、ADにおけるこの領域の変化は、他の領域に比べて空間的な個人差が出にくく、本発明に適していると考えられる。   As described above, when the subject's facility or database is different from the control group, the AD diagnosis support apparatus according to the present invention can predict AD with higher probability than the conventional technique. In addition, according to the present invention, it is possible to perform early diagnosis of AD by fMRI, particularly diagnosis of mild cognitive impairment by fMDI, even for a subject whose database or facility is different from the control group serving as a reference for prediction. Early detection of AD is expected. In addition, since the medial temporal region is easy to identify anatomically and is a relatively narrow region, changes in this region in AD are less likely to cause spatial individual differences compared to other regions. It is considered suitable.

1 診断支援装置
2 fMRI装置
3 表示装置
10 被験画像
11 被験強度取得手段
11a 受付手段
11b 事前処理手段
11c 独立成分分析手段
12 標準化手段
12a 事前処理手段
12b 独立成分分析手段
12c 平均・標準偏差算出手段
12d z値算出手段
13 指標算出手段
14 予測手段
15 出力手段
16 診断支援プログラム
17 対照画像
18 閾値
19 予測結果
100 診断支援システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diagnosis support apparatus 2 fMRI apparatus 3 Display apparatus 10 Test image 11 Test intensity acquisition means 11a Reception means 11b Preprocessing means 11c Independent component analysis means 12 Standardization means 12a Preprocessing means 12b Independent component analysis means 12c Average / standard deviation calculation means 12d z value calculation means 13 index calculation means 14 prediction means 15 output means 16 diagnosis support program 17 reference image 18 threshold 19 prediction result 100 diagnosis support system

Claims (8)

被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「被験強度」と称する)を取得する被験強度取得手段と、
アルツハイマー病ではない対照群の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「対照強度」と称する)の平均および標準偏差に基づき、前記被験強度の、前記対照強度の分布における位置を示すz値を、前記内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する標準化手段と、
前記z値に基づいて、前記被験者がアルツハイマー病であるか否かを予測するための指標を算出する指標算出手段と、
を備えた、アルツハイマー病の診断支援装置。
A test strength acquisition means for acquiring a functional coupling strength (hereinafter referred to as “test strength”) of a default mode network of the medial temporal lobe region of the subject;
Based on the mean and standard deviation of the functional binding strength (hereinafter referred to as “control strength”) of the default mode network of the medial temporal lobe region of the control group that is not Alzheimer's disease, the test strength in the distribution of the control strength Standardization means for calculating a z-value indicating a position for each voxel of the medial temporal lobe region;
Index calculating means for calculating an index for predicting whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the z value;
A diagnostic support apparatus for Alzheimer's disease.
前記指標算出手段は、
前記ボクセルを前記z値が小さい順に並べ、前記z値が最も小さい最上位ボクセルから、上位x(0<x≦100)%のボクセルまでの前記z値の上位平均を、前記指標として算出する、請求項1に記載の診断支援装置。
The index calculating means includes
The voxels are arranged in ascending order of the z value, and the upper average of the z values from the highest voxel with the smallest z value to the upper x (0 <x ≦ 100)% voxels is calculated as the index. The diagnosis support apparatus according to claim 1.
xは10〜25の範囲内の所定値である、請求項2に記載の診断支援装置。   The diagnosis support apparatus according to claim 2, wherein x is a predetermined value within a range of 10 to 25. 前記被験強度取得手段は、前記被験者の脳の安静時fMRIの被験画像から前記被験強度を取得し、
前記標準化手段は、前記対照群の脳の安静時fMRIの対照画像から、前記平均および標準偏差を求め、
前記被験画像および前記対照画像は、前記内側側頭葉領域の形状、サイズおよびボクセル数が同一になるように事前処理されている、請求項1〜3のいずれかに記載の診断支援装置。
The test strength acquisition means acquires the test strength from a test image of fMRI at rest of the subject's brain,
The standardization means obtains the mean and standard deviation from a control image of resting brain fMRI of the control group,
The diagnosis support apparatus according to claim 1, wherein the test image and the control image are preprocessed so that the shape, size, and number of voxels of the medial temporal lobe region are the same.
前記標準化手段は、前記内側側頭葉領域の第i番目のボクセルにおける前記z値zを下記式により算出する、請求項1〜4のいずれかに記載の診断支援装置。
=(y−m)/σ
:第i番目のボクセルにおける前記被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度
:前記対照群の内側側頭葉領域の第i番目のボクセルにおけるデフォルトモードネットワークの機能的結合強度の平均
σ:前記対照群の内側側頭葉領域の第i番目のボクセルにおけるデフォルトモードネットワークの機能的結合強度の標準偏差
The diagnosis support apparatus according to claim 1, wherein the standardization unit calculates the z value z i in the i-th voxel of the medial temporal lobe region by the following formula.
z i = (y i −m i ) / σ i
y i : Functional coupling strength of the default mode network of the subject's medial temporal lobe region in the i th voxel m i : Function of the default mode network in the i th voxel of the medial temporal lobe region of the control group Mean σ i : standard deviation of the functional bond strength of the default mode network in the i-th voxel in the medial temporal lobe region of the control group
前記指標に基づいて、前記被験者がアルツハイマー病であるか否かを予測する予測手段をさらに備えた、請求項1〜5のいずれかに記載の診断支援装置。   The diagnosis support apparatus according to claim 1, further comprising a prediction unit that predicts whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the index. コンピュータを、
被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「被験強度」と称する)を取得する被験強度取得手段、
アルツハイマー病ではない対照群の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「対照強度」と称する)の平均および標準偏差に基づき、前記被験強度の、前記対照強度の分布における位置を示すz値を、前記内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する標準化手段、および、
前記z値に基づいて、前記被験者がアルツハイマー病であるか否かを予測するための指標を算出する指標算出手段、
として機能させる、アルツハイマー病の診断支援プログラム。
Computer
A test strength acquisition means for acquiring a functional coupling strength (hereinafter referred to as “test strength”) of a default mode network of the medial temporal lobe region of the subject;
Based on the mean and standard deviation of the functional binding strength (hereinafter referred to as “control strength”) of the default mode network of the medial temporal lobe region of the control group that is not Alzheimer's disease, the test strength in the distribution of the control strength A standardization means for calculating a z-value indicating a position for each voxel of the medial temporal lobe region; and
Index calculating means for calculating an index for predicting whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the z value;
A diagnostic support program for Alzheimer's disease.
被験者の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「被験強度」と称する)を取得する被験強度取得ステップと、
アルツハイマー病ではない対照群の内側側頭葉領域のデフォルトモードネットワークの機能的結合強度(以下、「対照強度」と称する)の平均および標準偏差に基づき、前記被験強度の、前記対照強度の分布における位置を示すz値を、前記内側側頭葉領域のボクセル毎に算出する標準化ステップと、
前記z値に基づいて、前記被験者がアルツハイマー病であるか否かを予測するための指標を算出する指標算出ステップと、
を備えた、アルツハイマー病の診断支援方法。
A test strength acquisition step of acquiring a functional coupling strength (hereinafter referred to as “test strength”) of a default mode network of the subject's medial temporal lobe region;
Based on the mean and standard deviation of the functional binding strength (hereinafter referred to as “control strength”) of the default mode network of the medial temporal lobe region of the control group that is not Alzheimer's disease, the test strength in the distribution of the control strength A standardization step of calculating a z-value indicating a position for each voxel of the medial temporal lobe region;
An index calculating step for calculating an index for predicting whether or not the subject has Alzheimer's disease based on the z value;
A diagnostic support method for Alzheimer's disease, comprising:
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