脊椎脊髄ジャーナル 35巻10号 (2023年3月発行)

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特集　脊椎脊髄の先進的なMRI検査や解析

特集にあたって堀　正明 35巻10号 , 2023年3月 , pp.673

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　今回，「脊椎脊髄の先進的なMRI検査や解析」という特集を組ませていただきました．

　脊椎脊髄分野における，臨床に用いるMRI検査の撮像方法に関して，ほぼルーチンが確立されているといえます．しかし，現状ではMRIによる病態の理解や手術前の情報は完全ではありません．幸いにも，国内外からはMRIに関する新たな撮像方法や解析手法に関する研究発表が毎年行われており，少数例での予備的な検討でも有用性が期待されているものが多い印象です．しかし，何の知識もなく，そのような先進的なMRIの手法を試みるのは困難です．そこで，本特集では，MRIを用いた先進的な画像検査，解析手法について，その簡単な原理と，特に臨床においてどのような情報が得られるか，あるいは期待できるかに関して，広く知識を得られるように構成しました．

拡散MRI，拡散テンソル，拡散トラクトグラフィーの基礎立花　泰彦 35巻10号 , 2023年3月 , pp.674-681

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なぜ私たちは拡散を観察するのか

［1］小さなものさし

　「拡散」を説明するときにたびたび目にするのは，コップを満たした水にインクを垂らしたときに，インクが広がっていく動きを例とするものである．しかし，インクがコップに広がっていく動きは実際には熱対流によるものが大きく，今私たちが相手にしようとしている水分子のブラウン運動である自己拡散（以後，拡散）はそれよりもはるかに微細な水分子の運動である．たとえば摂氏30℃の純水の拡散係数は2.55×10⁻³［mm²/s］ということを考えれば，いかに小さな動きであるかをご想像いただけるのではないかと思う．

　では，なぜ私たちはこのようなわずかな拡散を観察しようとするのか．それは，顕微鏡でしか見えないような微細な世界がどうなっているのかを観測するため，である．小さなものの大きさを測るためには細かな目盛りがついた定規が必要なのと同じように，人体を構成する細胞の形や状態を見るにはそのスケールに見合った小さな目盛りをもつものさしが必要になる．生体ならばどこにでもある水分子の微細な運動というのがまさにこの目的にうってつけ，ということでものさしとして使われているのが，さまざまな拡散イメージングと解析の本質といえるだろう．どのようにものさしを使うか＝観察した拡散現象からどのような情報を取り出すか，の解説は他稿に譲り，本稿では拡散を観察する仕組みや拡散テンソル表現，拡散テンソルの代表的な応用としてのトラクトグラフィーについて簡単に解説する．

末梢神経のトラクトグラフィー横田　元 35巻10号 , 2023年3月 , pp.683-689

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はじめに

　拡散テンソル画像（diffusion tensor imaging：DTI）およびそこから得られるトラクトグラフィー（diffusion tensor tractography：DTT）は，神経線維という強い拡散の異方性を示す組織があることから，神経領域は特に有効な領域である．撮像の容易さから脳で広く使用されてきたが，撮像技術の向上により末梢神経でも利用されるようになっている．日常臨床において，末梢神経の評価は神経診察や電気生理学的検査が中心となっているが，主観的な要素が混じる評価方法である．どれほどの重症度の病変が存在するかを評価し，治療が行われた際の効果判定を行うのに，より客観的なバイオマーカーが求められている．DTIから得られるmean diffusivity（MD），radial diffusivity（RD），axial diffusivity（AD），fractional anisotropy（FA）といった定量値には，それが期待されている．

　DTTは末梢神経を可視化する手法の1つである．末梢神経を単に可視化したい場合は，3Dスピンエコー系，steady-state系といった撮像法が選択されることが多い．これらの撮像法は高解像度で周囲解剖構造と神経との関係を描出可能である．DTTに期待されていることは，解剖学的な評価というよりも，障害神経を同定することである．たとえば，形態画像のみでは単に圧排されているだけなのか，圧排されて組織的な障害を伴っているかの鑑別は難しい．一方DTTは，神経方向の拡散が連続しているか否かに基づいてトラクトを引くため，機能を反映した可視化手法となっている．

　DTIは，画質・定量性向上のため，撮像法・後処理方法にさまざまな工夫がなされてきた．逆に，これらの撮像・処理条件によって得られる数値は変化する．撮像部位，患者の体格や状態によっては，アーチファクトに悩まされることもある（図 1）．得られる数値の再現性には，DTI，DTTを使用する際には十分留意する必要がある．

拡散イメージング手法NODDIを用いた頸髄症性脊髄症の機能評価—重症度の定量化および術後回復予測について大場　哲郎 , 堀　正明 , 波呂　浩孝 35巻10号 , 2023年3月 , pp.691-694

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はじめに

　頸椎症性脊髄症（cervical spondylotic myelopathy：CSM）の画像診断において，脊髄の圧迫を直接描出でき，病変部位の同定，病態の評価が可能なため，MRIが担う役割は大きい．MRIでは，脊髄が圧迫され扁平化するという形態的変化に加え，T2強調像で髄内に異常高信号域（以下，T2高信号域）を認めることがあり，何らかの可逆的もしくは不可逆的な変化を反映していると考えられている．この診断的意義については多くの研究がなされているが，脊髄ダメージの定量化や術後予後予測においては限界があるとする報告もあり，結論は出ていない^3）．

　水分子の拡散の程度を画像化した拡散強調画像（diffusion weighted image：DWI）は，細胞レベルの微視的な情報の評価が可能である．これを応用した拡散テンソル画像（diffusion tensor imaging：DTI）は，脳や脊髄の白質線維の質的な評価が可能であると期待され，臨床応用が進んでいる．しかし，拡散テンソルのパラメータは，加齢性変化や頸椎アライメントによって影響を受けやすく非特異的とする報告もあり，議論の余地がある．近年，新しい拡散イメージング手法としてneurite orientation dispersion and density imaging（NODDI）モデルが提唱され，脳内の軸索・樹状突起の密度や方向のばらつきの推定が試みられている．これまでにNODDIパラメータはパーキンソン病や水頭症の診断や重症度評価に有用と報告されているが，CSMに応用した研究は報告されていない．そこでわれわれは，NOODIパラメータのCSMにおける脊髄ダメージの定量化と術後予後予測に対する有用性について研究を行った．本稿ではこれまでの報告とわれわれの研究結果を踏まえ^1,4），CSM診断における従来の拡散テンソルパラメータとNODDIパラメータの有用性と現状の限界について述べたい．

脊髄のSWI，造影MRA 藤間　憲幸 35巻10号 , 2023年3月 , pp.695-700

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はじめに

　磁化率強調画像（susceptibility weighted imaging：SWI）は局所の磁化率の変化を鋭敏に検出し画像化する撮像法である．造影MR angiography（MRA）は，造影剤を用いた血管撮像であり，近年のMR装置の進歩に伴い脊髄領域の細かな血管でも良好な描出が可能である．これらの技術は日常臨床でそれほど高頻度に用いられるものではないが，ある特定の疾患のアセスメントには非常に重要な役割を果たす．本稿では，脊椎脊髄領域をターゲットとしたSWIおよび造影MRAについて技術的概要および臨床的有用性に関して概説する．

脊椎脊髄疾患のMRI画像に対するAIの応用牧　聡 , 沖松　翔 , 野澤　京平 , 折田　純久 , 古矢　丈雄 , 大鳥　精司 35巻10号 , 2023年3月 , pp.701-705

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はじめに

　人工知能（AI）は，深層学習の普及によって急速な発展を続けている．深層学習は，コンピュータビジョンで最も有用な機械学習の方法の1つとなった．畳み込みニューラルネットワーク（CNN）に基づく深層学習アプローチは，医用画像を含む多様な分野で注目されている．従来の機械学習では，人の手作業による特徴抽出が必要であったが，CNNは，畳み込み層，プーリング層，全結合層などの複数のブロックを用い，バックプロパゲーションを介してデータから自動的に学習する構造となっている．最近，脊髄領域でのCNNに関する研究の報告が徐々に増加している．本稿では，AIを応用した脊椎脊髄疾患のMRI研究のうち，①脊髄損傷の神経予後予測，②頸部脊髄症の脊髄セグメンテーションについて紹介し，AIの今後の課題と展望についても述べる．

脳と脊髄のfMRI同時解析高澤　英嗣 , 筑田　博隆 35巻10号 , 2023年3月 , pp.707-713

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脊椎脊髄領域のニューロイメージング研究とこれまでの研究手法の限界

　脊椎脊髄疾患の診断は，主に神経症候学に基づく診察や，CTやMRIによる形態学的な画像評価によって行われてきた．しかし，頸髄症の診断において，画像検査で脊髄の圧迫が軽度であっても神経障害の強い症例や，逆に脊髄の圧迫が高度であるにもかかわらず無症候の症例に遭遇することは少なくない．これまでの整形外科領域の診断は，形態学的（解剖学的）な評価が中心であり，脳や脊髄に対する神経機能的な評価が乏しかった．そのため，このような“臨床症状と画像所見とのミスマッチ”を十分に説明できなかった．

　この10年間で脳と脊髄の神経機能に関するニューロイメージング研究は目覚ましく発展した．脊髄損傷モデルサルにおいて，複数の皮質脊髄投射路のうち1つが損傷してもほかの投射路が機能を代償して手指の巧緻運動を回復させること^17），脊髄損傷や側弯症といった脊髄由来の神経障害によって脳の神経活動が変調すること^1,8）が明らかとなってきた．これらの興味深い研究結果は，皮質脊髄投射路を介して，脳と脊髄の間でダイナミックな代償性変化（可塑性変化）が生じていることを示唆している．

脳安静時fMRIを用いた頸髄症の予後予測武中　章太 , 海渡　貴司 35巻10号 , 2023年3月 , pp.715-721

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はじめに

　頸髄症は，脊髄の静的および動的圧迫によって引き起こされ，痙性，手指巧緻性障害，歩行障害などをもたらす．頸髄症の診断には，頸椎MRIが標準的な画像診断法である．しかし，予後予測バイオマーカー（主にT2強調画像上の高輝度領域）としての有用性に関しては依然として議論の余地がある^6,9）．それは，解剖学的に小さな領域から得られる情報が限定的であることと，従来の頸椎MRIでは評価できない動的因子が関与しているためと考えられる．また，MRIの撮像方法の1つである拡散強調画像を利用し，水分子の拡散効果を画像コントラストに反映した拡散テンソルイメージングを用いて脊髄障害の程度を評価する試みがなされている．しかし，解像度が十分でないことや，脊髄拍動の影響が小さくないこと，再現性の低さなどの問題が残っている^4）．したがって，頸髄症患者の神経学的回復を予測するための，簡単で正確，かつ非侵襲的な画像バイオマーカーが必要とされている．

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目次 35巻10号 , 2023年3月 , pp.671

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読者の意見（Letters to the Editor）原稿募集 35巻10号 , 2023年3月 , pp.689

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編集後記 35巻10号 , 2023年3月 , pp.728

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脊椎脊髄ジャーナル
35巻10号
(2023年3月発行)

電子版ISSN：印刷版ISSN：0914-4412 三輪書店

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