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機械学習を用いた複合性局所疼痛症候群

の重症度診断技術

名古屋大学

医学部・医学系研究科 総合医学専攻

教授 平田 仁

2019年10月1日

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• 何ができるようになったのか、どこが他の技術と違うのか主観によらない慢性痛の定量的評価が可能となった

• 連携したい企業脳波ビジネスを展開する企業

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従来技術とその問題点

• 痛みの評価はMcGill疼痛質問表やVASなどの主観的評価

• 侵害受容線維を選択的に評価する技術としてはNeurometerやPainVisionな

どがあるが、結局は主観で評価

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新技術の特徴・従来技術との比較

• 新技術ではpain matrixと呼ばれる疼痛関連脳領域の活動性の変化を指標に痛みを定量的に推定することに成功した。

• 従来は侵害受容線維であるA-δ線維やC線維を選択的に刺激し、閾値や痛み強度を主観的に判断する手法がとられていた

• 本技術の適用により、慢性痛により生ずる脳機能の安定的な変化を検出することで痛み強度を却下的根拠に基づき推定することが可能となった。

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手根管症候群Carpal tunnel syndrome

有病率３−４％

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SI

PFCPPC ACC

SIIInsula

以下の６つの領域間の結合性を評価した。

ACC：anterior cingulate cortexPPC：posterior parietal cortexPFC：prefrontal cortex

Sｌ：primary somatosensory areaSｌｌ：secondary somatosensory areaInsula:：insula

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Right median nerve stimulation Coherence analysis

コヒーレンス解析を行うことで感覚処理に関わる領域間の機能的結合の強さを評価することができる

γ1: 40-50 Hz γ２: 80-90 Hz

7

8

Coherence analysis of γ-2 band （60-100 Hz）Contra-lateral hemisphere to the median nerve stimulation

Coh

eren

ce v

alue

0.8

1.0

0.9

p

9

複合性局所疼痛症候群の汎用的で客観的な

重症度評価技術の開発

• 脳磁図および脳波によるCRPS特異的脳活動の検出• fMRIを用いたCRPSにおける脳内ネットワーク障害の解明• CRPS国際共通質問指標開発の基盤整備• Drug Repositioningによる治療薬探索研究

研究代表者 名古屋大学 手の外科学 平田仁

名古屋大学 岩月克之 寳珠山稔 大野欽司 吉田彬人 大西哲朗 能登公俊北海道大学 岩崎倫政 松井雄一郎 村上正晃 上村大輔東京大学 住谷昌彦大阪大学 寒重之 三木健司畿央大学 森岡周 大住倫弘市立札幌病院 益子竜弥横浜労災病院 三上容司

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脳磁計（MEG） 脳波（EEG） f-MRI

時間分解能 ◎ ◎ △

脳活動解析空間精度 ◎ △ ◎

汎用性 ×（高額） ◎ △（解析技術）

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CRPS 患者の安静時脳活動 脳波（EEG） および 脳磁場（MEG） 記録

CRPS 患者の自覚症状と相関する脳領域の検出

MEG 40名EEG 55 名

対照群 34 名Destrieux atlas（automatic parcellation： 144 areas） の 2 領域の組合わせから、自覚的疼痛（VAS）、CRPS 指数（SFMPQ-B） に相関する領域候補を検出

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解析で SFMPQ-B と皮質間 coherence との間に負の相関が認められた領域⇒ 痛みが強いと α 波の同期が乏しくなる。

内因性の event-related alpha de-synchronization の可能性

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EEG

MEG

EEG

Left circular insula superior sulcus

Left subcallosal gyrus

Pericallosal sulcus

自覚的疼痛と α 帯域 脱同期領域

020406080

100120

0 0.2 0.4 0.6

020406080

100120

0 0.2 0.4 0.6 0.8

EEG

-40

-20

0

20

40

60

80

100

0 0.2 0.4 0.6

CRPS Control

SFM

PQ-B

Coherence

MEG

EEG

（Le

ft）Circular insular anterior sulcus

EEG

（R

ight

）

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CRPS 指数と α 帯域 脱同期領域

MEG

EEGLeft

Right

02468

1012

0 0.5 1

CR

PS in

dex

Anterior insular vs. sub callosal

02468

1012

0 0.5 1

CR

PS in

dex

ME

GE

EG

CRPS index 自覚および他覚 （萎縮性変化 可動域制限痛覚過敏 発汗異常 浮腫）

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脳波 coherence 値による指標例Lt. Circular insular sulcus（A） and Anterior insular gyrus（B） vs. Lt. Peri-callosalsulcus

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.5 1 1.5CRPS Control

p < 0.0001

自覚的疼痛指数と CRPS 指数と脳活動の相関が高い 2 組の領域の coherence 値を加算した患者と対照群

Coh

eren

ce （

A）

+ （

B）

Coherence （A） + （B）

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SAS Inc. の提供する自動統計解析ソフトウエアーJMPを用いた解析

JMP

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脳領域間 connectivity から算出した予測 SFMBP-B 値

実測

SFM

BP-B

値

有意水準 < 0.05

Pain (+)

Normal

疼痛強度の予測モデリング

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実用化に向けた課題

• 現在、CRPSと手根管症候群に対しては解析に必要なデータが確保できているが、頭痛、腰痛、頸肩腕痛、ひざ痛など頻度の高い慢性痛の解析用データの取得が未実施。

• 脳磁計を活用する探索研究は名古屋大学での実施を予定してるが、脳波データの収集を大規模に行う仕組みの構築は今後検討。

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奥三河プロジェクト新城市メディカルバレー構想

奥三河メディカルバレープロジェクト〜アクティブシニアの活躍する町新城〜

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プレゼンテーズムを指標とする社会参加の能力評価

アメリカ商工会議所の調査に基づくプレゼンティーズムの経済的インパクト

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Average value of presentism in large companies ：57

市職員を対象とした調査結果

WHO health and work performance questionnaire

(日本語版)

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要因 稀 しばしば 常時1 頸肩腕痛 22.7% 21.8% 21.6%2 頭痛 31.3% 20.5% 1.6%3 腰痛 25.6% 14.9% 12.7%4 他の部位の痛み 4.8% 3.7% 4.0%5 睡眠障害 16.2% 8.6% 3.0%6 関節炎 5.9% 1.9% 2.1%

全市職員におけるプレゼンティズムの背景要因

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企業への期待

• 多様な慢性疼痛の予測式を組み込んだ慢性疼痛客観的評価機器を実現できると考えている。

• 生体信号解析の技術を持つ、企業との共同研究を希望。

• 医療機器のみでなく、健康機器の開発も標的とする企業との協業を期待。

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産学連携の経歴（任意）

• 2009年 地域イノベーション創出支援事業に採択• 2011年 知財活用促進ハイウエイに採択• 2012年 A-Stepに採択• 2015年 革新的医療技術創出拠点プロジェクトCに採択• 2015年-2017年 三菱ガス化学と共同研究講座設置• 2015- ニプロと共同研究講座を設置• 2018- 愛知県厚生連による寄付講座を設置• 2018- 産学官研究コンソーシアム「奥三河メディカル

バレープロジェクト」を開始

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お問い合わせ先（担当コーディネーター）

名古屋大学

学術研究・産学官連携推進本部

企画・プロジェクト推進Ｇ 小郷 和彦

ＴＥＬ 052－747 － 6968

ＦＡＸ 052－747 － 6796

e-mail k-kogou@aip.nagoya-u.ac.jp