低障害度の多発性硬化症対象者における脳白質の微細構造変化：DTI研究

11月 13, 2026 · 論文解説

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解説対象論文: White Matter and Normal‐Appearing White Matter in Low‐Disability Patients With Multiple Sclerosis: A Diffusion Tensor MRI Study
Journal of Magnetic Resonance Imaging｜被引用数: 0（2026年11月14日時点）

多発性硬化症（MS）は、脳の病変が特徴的な疾患ですが、従来のMRIでは捉えきれない微細な脳組織の変化が、障害の程度に影響を与える「臨床放射線学的パラドックス」として知られています。今回ご紹介する研究は、拡散テンソル画像法（DTI）という先進的なMRI技術を用いて、身体的障害が軽度な多発性硬化症対象者において、病変がないように見える白質（NAWM）を含む脳の微細構造にどのような変化が起きているのかを明らかにしました。本研究は、疾患期間ではなく「障害の程度」に基づいて対象者を厳選することで、より均一な集団での、分数異方性（FA）の低下や放射状拡散率（RD）の増加といった重要な知見を得ることに成功しています。

研究サマリー（FINER & PICO）

Feasible実施可能性	既存のデータを活用した遡及的横断研究であり、実現可能性が高い研究です。
Ethical倫理面	地域の倫理委員会によって承認され、全参加者から書面によるインフォームドコンセントが得られています。
Interesting面白さ	低障害度のMS対象者において、従来のMRIでは見えない微細構造変化が明らかになり、関心が高いです。
Novel新規性	疾患期間ではなく障害度でコホートを定義し、臨床的異質性を低減した点が新規性があります。
Relevant切実さ	臨床放射線学的パラドックスの解明に貢献し、臨床的に関連する組織損傷の検出に繋がります。
Measurable測定可能性	DTI指標（FA, AD, RD, MD）を用いて、白質の微細構造変化を定量的に評価しています。
Modifiable派生・改善	直接的な介入研究ではないため評価は難しいが、早期発見で治療介入の機会提供に繋がる可能性は示唆されます。
Structured文章構造	後向き横断的症例対照研究であり、FSL randomizeとPALMを用いた厳密な統計解析を実施しています。
PICO / PECO対象・介入・比較・結果	P: 低障害度の多発性硬化症対象者。I: DTIによる白質およびNAWMの微細構造解析。C: 健常対照者。O: 白質およびNAWMの微細構造変化。

多発性硬化症の「見えない変化」を追う

どうも、Beyond the Pixelです。多発性硬化症（MS）は、脳や脊髄の神経に炎症が起き、神経線維を取り囲む髄鞘が損傷されることで、様々な神経症状を引き起こす疾患です。この疾患の診断や病状モニタリングには、磁気共鳴画像（MRI）が中心的な役割を果たします。しかし、従来のMRIで確認できる病変の量と、実際に経験される身体的な障害の程度との間には、「臨床放射線学的パラドックス」と呼ばれる乖離が見られることがあります。これは、従来のMRIでは捉えきれない、より微細な脳組織の変化が関係している可能性を示唆しています。本日のブログでは、このような「見えない変化」に焦点を当てた研究をご紹介します。この研究は、低障害度の多発性硬化症対象者（拡大障害度評価尺度であるEDSSが3.5以下で、補助なしで歩行可能な方々）における白質（WM）および正常に見える白質（NAWM）の微細構造の変化を、拡散テンソル画像法（DTI）というMRI技術を用いて調査したものです。従来のMS研究では罹病期間に基づいて「早期MS」を定義することが多かったのですが、この研究では機能的な障害度に基づいて対象者を層別化することで、臨床的な多様性を減らし、より敏感に微細な脳の変化を捉えようと試みました。これは、後向き横断的症例対照研究として実施されました。

研究の対象者と画像取得

この研究には、20名の多発性硬化症対象者と、年齢・性別を一致させた20名の健常対照者（HC）が参加しました。MS対象者は、拡張障害度評価尺度（EDSS）スコアが3.5以下で、補助なしで歩行可能な方々が選ばれています。これは、機能的な障害が比較的軽度な段階のMS対象者における脳の変化を捉えることを目的としています。研究対象者の人口統計学的および臨床的特性は

**Table 1.** TABLE 1 | Demographic and clinical characteristics of healthy controls and multiple sclerosis patients.解説: 多発性硬化症（MS）対象者20名と健常対照者（HC）20名の人口統計学的および臨床的特性を示した表です。性別、年齢、教育レベルが両グループでほぼ一致するように調整されています。MS対象者グループのEDSS中央値は1.5、罹病期間中央値は1.94年でした。

にまとめられています。画像取得は、3.0テスラMRIシステムを用いて行われ、高解像度T1強調画像、FLAIR画像、そして拡散強調画像（DTI）が取得されました。特にDTIは、水分子の拡散方向を測定することで、神経線維の微細構造の状態を評価するのに優れています。

データ解析：TBSSと病変マスキング

脳の画像データは、FSLというソフトウェアライブラリを用いて詳細に処理されました。特に、拡散強調画像からは、分数異方性（FA）、軸方向拡散率（AD）、放射状拡散率（RD）、平均拡散率（MD）といった指標が算出されました。これらの指標は、白質の微細構造の変化を反映すると考えられています。画像解析には、トラクトベース空間統計（TBSS）という手法が用いられました。TBSSは、脳全体にわたる白質の骨格構造上で、グループ間の微細構造の違いをボクセル単位で統計的に比較できるため、仮説に囚われない探索的な解析に適しています。この研究では、二つのTBSS解析パイプラインが実施されました。一つは「標準TBSS」で、病変マスキングを行わない方法です。もう一つは「NAWM限定TBSS」で、従来のMRIで病変として検出された領域を解析から除外するために、専用の病変マスク（病変部を除外した領域を示すマスク）を適用した方法です。白質病変の自動セグメンテーション（画像からの病変領域の自動抽出）には、DeepLesionBrain（volBrain）が使用され、経験豊富な神経放射線専門家がレビューと修正を行いました。健常対照者に見られた小さな白質高信号域は、加齢に伴う微小血管の変化と判断されました。病変の数と体積の詳細は

**Table 2.** TABLE 2 | White matter lesion characteristics.解説: 多発性硬化症対象者と健常対照者の白質病変の数と総体積を比較した表です。MS対象者では病変数が中央値で25、総体積は中央値で1.97cm³でした。健常対照者に見られた小さな白質高信号域は加齢に伴う微小血管変化と判断されました。

に示されています。

低障害度MS対象者に見られた微細構造の変化

統計解析の結果、ランダマイズ解析において、多発性硬化症対象者と健常対照者との間で有意な微細構造の変化が検出されました。まず、分数異方性（FA）の低下については、以下の結果が得られました。標準TBSS解析では、右前頭冠状放線（ACR）と右視床後方放射（PTR）の2つの領域で、MS対象者の方が健常対照者よりもFAが低いことが示されました

**Figure 1.** FIGURE 1 | Statistical map showing regions with significantly reduced FA in patients with MS compared with HC without lesion masking (p < 0.01, TFCE-corrected). Significant clusters are located in the right anterior corona radiata and the right posterior thalamic radiation. Numbers above the axial slices indicate MNI z-coordinates (0, 10, 20, 25, 29, and 37 mm). The color scale represents 1−p (TFCE/FWE-corrected), with val- ues ≥ 0.99 corresponding to p ≤ 0.01. Regional labeling was based on the JHU ICBM-DTI-81 White-Matter Labels. FA, fractional anisotropy; FWE, family-wise error; HC, healthy control; L, left; MS, multiple sclerosis; R, right; TFCE, threshold-free cluster enhancement.解説: 病変マスキングを行わない標準TBSS解析において、多発性硬化症対象者と健常対照者間でFAが有意に低下した領域（右前頭冠状放線と右視床後方放射）を示す統計マップです。青色の部分は統計的に有意な差がある領域を表します。

。一方、NAWM限定TBSS解析では、脳梁膝部（CC genu）、右視床後方放射、および右タペタムでFAの低下が見られました

**Figure 2.** FIGURE 2 | Statistical map showing regions with significantly reduced FA in patients with MS compared with HC with lesion masking (p < 0.01, TFCE-corrected). Significant clusters are located in the genu of corpus callosum, the right posterior thalamic radiation, and the right tapetum. Numbers above the axial slices indicate MNI z-coordinates (0, 10, 20, 25, 29, and 37 mm). The color scale represents 1−p (TFCE/FWE-corrected), with values ≥ 0.99 corresponding to p ≤ 0.01. Regional labeling was based on the JHU ICBM-DTI-81 White-Matter Labels. FA, fractional anisotropy; FWE, family-wise error; HC, healthy control; L, left; MS, multiple sclerosis; R, right; TFCE, threshold-free cluster enhancement.解説: 病変マスキングを行ったNAWM限定TBSS解析において、多発性硬化症対象者と健常対照者間でFAが有意に低下した領域（脳梁膝部、右視床後方放射、右タペタム）を示す統計マップです。青色の部分は統計的に有意な差がある領域を表します。

。次に、放射状拡散率（RD）の増加については、標準TBSS解析で脳梁膝部にクラスターが検出されました

**Figure 3.** FIGURE 3 | Statistical map showing regions with significantly increased RD in patients with MS compared with HC without lesion mask- ing (p < 0.01, TFCE-corrected). The significant cluster involves the genu of the corpus callosum. Numbers above the axial slices indicate MNI z-coordinates (0, 10, 20, 25, 29, and 37 mm). The color scale represents 1−p (TFCE/FWE-corrected), with values ≥ 0.99 corresponding to p ≤ 0.01. Regional labeling was based on the JHU ICBM-DTI-81 White-Matter Labels. FWE, family-wise error; HC: healthy control; L, left; MS, multiple scle- rosis; R, right; RD, radial diffusivity; TFCE, threshold-free cluster enhancement.解説: 病変マスキングを行わない標準TBSS解析において、多発性硬化症対象者と健常対照者間でRDが有意に増加した領域（脳梁膝部）を示す統計マップです。赤色の部分は統計的に有意な差がある領域を表します。

。NAWM限定TBSS解析では、両側前頭冠状放線、右後頭冠状放線、および分類不能な領域にRDの増加が見られました

**Figure 4.** FIGURE 4 | Statistical map showing regions with significantly increased RD in patients with MS compared with HC with lesion masking (p < 0.01, TFCE-corrected). Significant clusters are located in the bilateral anterior corona radiata and in the right posterior corona radiata. Numbers above the axial slices indicate MNI z-coordinates (0, 10, 20, 25, 29, and 37 mm). The color scale represents 1−p (TFCE/FWE-corrected), with values ≥ 0.99 corresponding to p ≤ 0.01. Regional labeling was based on the JHU ICBM-DTI-81 White-Matter Labels. FWE, family-wise error; HC: healthy control; L, left; MS, multiple sclerosis; R, right; RD, radial diffusivity; TFCE, threshold-free cluster enhancement.解説: 病変マスキングを行ったNAWM限定TBSS解析において、多発性硬化症対象者と健常対照者間でRDが有意に増加した領域（両側前頭冠状放線、右後頭冠状放線、および分類不能な領域）を示す統計マップです。赤色の部分は統計的に有意な差がある領域を表します。

。これらの結果は、病変が存在しないように見えるNAWMにおいても、MS対象者で微細構造の変化が起こっている可能性を示唆しています。軸方向拡散率（AD）と平均拡散率（MD）については、いずれのパイプラインでも有意な差は検出されませんでした。全ての有意なクラスターの詳細は

**Table 3.** TABLE 3 | Significant voxelwise clusters for fractional anisotropy and radial diffusivity in Tract-based Spatial Statistics analyses under lesion- masked and non–lesion-masked conditions.解説: 病変マスキングの有無で実施されたTBSS解析において、分数異方性（FA）と放射状拡散率（RD）で有意な差が見られた白質クラスターの詳細をまとめた表です。クラスターサイズ、補正済みp値、ピーク位置、MNI座標、効果量などが示されています。

にまとめられています。追加のPALM感度分析では、拡散指標全体での多重比較補正後、いずれの指標も有意な差は残りませんでした。

研究結果が示唆すること：脳の連結性への影響

この研究は、機能的に定義された低障害度の多発性硬化症対象者においても、健常対照者と比較して、白質の微細構造に変化が生じていることを示しました。特に、FAの低下とRDの増加が主要な所見として挙げられます。これらの変化は、脳梁、前頭冠状放線、視床後方放射といった、脳の重要な投射路や交連線維路に認められました。具体的には、前頭冠状放線と脳梁膝部での拡散変化は、前頭皮質と皮質下の回路や、左右の半球間の前頭統合における微細構造の変化を反映している可能性があります。また、視床後方放射（視床核と後頭頂葉/後頭葉皮質を結ぶ経路）の関与は、微細構造の違いが局所的な病変に限らず、感覚視覚処理に関連する長距離の投射系にも及ぶことを示唆しています。特にタペタム（側脳室側壁に沿って側方へ伸びる脳梁線維）での変化がNAWM限定解析でのみ見られたことは、低障害度の対象者における微妙な交連線維の微細構造変化を反映している可能性を提示しています。これらの結果は、従来のMRIでは検出されにくい組織の変化が、実質的な障害がない段階でも存在しうるという「臨床放射線学的パラドックス」と一致しています。これまでの「早期MS」に関する拡散研究では、多くが罹病期間や臨床病期によってコホートが定義されていましたが、本研究のように障害度に基づいて対象者を絞り込むことで、より均一なグループでの微細な変化が捉えやすくなったと言えるでしょう。過去の研究でも、同様に脳梁や冠状放線、視床後方放射が多発性硬化症における微細構造の脆弱な部位であることが報告されており、本研究の結果はこれらの知見と一致しています。DTIから得られる指標は、微細構造の変化に対して敏感であるものの、特定の病理学的変化に特異的ではないため、解釈には注意が必要です。FAは拡散異方性の程度を、MDは全体の拡散率を、AD/RDはそれぞれ主軸方向/垂直方向の拡散を反映しますが、炎症や浮腫、部分容積効果などの要因にも影響されます。特にRDはミエリン関連の変化に、ADは軸索損傷により関連すると議論されることが多いですが、あくまで微細構造変化の指標として解釈されるべきです。

研究の限界と今後の展望

この研究にはいくつかの限界も存在します。まず、TBSSは客観的で仮説に囚われない解析手法ですが、従来のDTI指標（FA、RD、AD、MD）が持つ病理組織学的な特異性の限界により、生物学的な解釈には制約があります。また、最終的なサンプルサイズ（20名ずつのグループ）は、特にADやMDのような指標において、より微妙な効果を検出する統計的検出力（パワー）が不足していた可能性があります。さらに、標準TBSSパイプラインとNAWM限定TBSSパイプラインの間で正式な統計的比較は行われていないため、両アプローチ間の直接的な感度の違いについて結論を出すことはできません。最後に、拡散勾配の非線形性や空間的なb行列変動に関連する空間的な系統誤差（SSE）は、本研究では定量化されていません。今後の研究では、より大規模なサンプルでの再現性を検証することや、マルチシェルモデリングやカーブベース手法など、より微細構造に特異的な拡散画像解析アプローチを導入することが望まれます。これらの先進的な手法は、従来のDTI/TBSSよりも微視的な白質変化の検出に優れていると提唱されています。

まとめ：DTIが解き明かす低障害MSの隠れた変化

本研究は、低障害度の多発性硬化症対象者（EDSS ≤ 3.5）と年齢・性別を一致させた健常対照者との間で、白質の微細構造に違いがあることをTBSSによって特定しました。標準解析およびNAWM限定解析の両方で、分数異方性（FA）の低下と放射状拡散率（RD）の増加が観察され、投射路や交連線維路といった白質経路で変化が見られました。一方で、軸方向拡散率（AD）と平均拡散率（MD）には有意な差は検出されませんでした。これらの発見は、拡散MRIが、従来のMRIでは病変が見られない正常に見える白質領域においても、低障害度の多発性硬化症対象者における微細構造の変化を特定する可能性を支持するものです。この知見は、多発性硬化症の早期段階における病態理解を深め、将来的な早期診断や治療戦略の発展に貢献する可能性を秘めていると言えるでしょう。

用語集

多発性硬化症 (MS): 脳や脊髄の神経線維を覆うミエリンが損傷され、様々な神経症状を引き起こす自己免疫疾患です。
拡散テンソル画像 (DTI): 水分子の拡散方向と大きさを画像化することで、脳の白質線維の微細構造を評価するMRI技術です。
白質 (WM): 脳と脊髄に存在する神経線維が密集した部分で、脳の異なる領域間の情報伝達を担います。
正常に見える白質 (NAWM): 従来のMRIでは病変が確認されないが、微細な構造的変化や病理が存在する可能性のある白質領域です。
拡張障害度評価尺度 (EDSS): 多発性硬化症の対象者の身体的障害の程度を評価するために広く用いられる尺度です。
トラクトベース空間統計 (TBSS): 拡散MRIデータを解析する手法の一つで、白質線維束の中心骨格上で微細構造指標を比較します。
分数異方性 (FA): DTIの指標の一つで、水分子の拡散が特定の方向に偏る度合いを示し、線維の構造的完全性を反映します。
放射状拡散率 (RD): DTIの指標の一つで、神経線維に対して垂直方向への水分子の拡散度合いを示します。ミエリン損傷との関連が示唆されます。
前頭冠状放線 (ACR): 脳の主要な白質線維束の一つで、前頭葉から脳の他の領域への情報を伝達します。
視床後方放射 (PTR): 視床と後頭葉/頭頂葉皮質を結ぶ白質線維束で、感覚情報処理に関与します。
脳梁膝部 (CC genu): 左右の大脳半球を結ぶ最大の白質線維束である脳梁の前方部分です。半球間の情報伝達に重要です。