京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第19403号 / 医博第4054号 / 新制||医||1012(附属図書館) / 32428 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 前川 平, 教授 平岡 眞寛, 教授 羽賀 博典 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

INTRODUÇÃO: Os fatores de risco cardiovascular (FRCV) afetam o fluxo sanguíneo cerebral, contribuindo possivelmente para o declínio cognitivo e a emergência da Doença de Alzheimer (DA), a forma mais comum de demência. A tomografia por emissão de pósitrons (positron emission tomography, PET) com fluordesoxiglucose F18 (18F-FDG) é largamente usada para demonstrar o padrão específico de metabolismo cerebral de glicose reduzido em sujeitos com DA e em indivíduos não-demenciados portadores do alelo e4 da apolipoproteína E (APOE e4), o maior fator de risco genético para DA. Entretanto, estudos de PET investigando o impacto dos FRCV no metabolismo cerebral são escassos. OBJETIVO: Examinar se níveis diferentes de FRCV estariam associados com reduções na taxa de metabolismo cerebral de glicose (TMCG), envolvendo as regiões cerebrais afetadas nos estágios iniciais da DA (pré-cúneo e giro do cíngulo posterior, neocórtex parieto-temporal lateral e região hipocampal). MÉTODOS: Nós avaliamos 59 indivíduos cognitivamente preservados (66-75 anos) subdivididos em três grupos de acordo com seu escore para Framingham Coronary Heart Disease Risk (FCHDR) (alto-risco, médio-risco e baixo-risco) para os exames de ressonância magnética (RM) e de PET-FDG. Dados de PET foram corrigidos para os efeitos de volume parcial a fim de evitar efeitos confundidores devido à atrofia cerebral regional. Nós realizamos uma análise de covariância global (ANCOVA) para investigar as reduções de TMCG em associação com os três grupos, comparações entre dois grupos para as diferenças de TMCG pelo teste-t, e índices de correlação linear voxel-a-voxel entre os valores de TMCG e escores FCHDR. Todas as análises incluíram a presença ou a ausência do APOE e4 como covariada confundidora de interesse. RESULTADOS: A investigação ANCOVA de diferenças de TMCG entre os três grupos mostraram significantes diferenças de TMCG somente no giro parahipocampal direito (p=0,032). Nas comparações entre dois grupos, reduções de TMCG significantes foram detectadas no grupo de altorisco comparado ao baixo-risco no pré-cúneo esquerdo (p=0,008) e o giro do cíngulo posterior esquerdo (p=0,007). Focos inesperados de reduções de TMCG no grupo baixo-risco comparado ao grupo alto-risco no giro parahipocampal foram detectados em ambos os hemisférios direito (p=0,001) e esquerdo (p=0,045). Havia também uma significante correlação linear positiva entre valores de TMCG e escores FCHDR no giro parahipocampal em ambos os lados direito (p=0,007) e esquerdo (p=0,025). CONCLUSÃO: Depois de controlar para a presença do APOE 4, nossos achados de hipofunção cerebral regional relacionado a FRCV mantiveram a significância estatística no pré-cúneo e no giro do cíngulo posterior, as duas regiões cerebrais onde comprometimentos funcionais são os mais consistentemente detectados nos estágios incipientes da DA. Isso sugere que os achados de hipometabolismo cerebral similares àqueles vistos nos sujeitos com DA podem ser vistos em associação com a gravidade de FRCV em amostras de indivíduos cognitivamente preservados. Uma possível explicação para o hipermetabolismo relativo no giro parahipocampal nos indivíduos com elevados FRCV seria um viés na seleção da amostra. É possível que nós tenhamos excluídos os sujeitos com os níveis mais graves de risco cardiovascular que teriam exibido os padrões de reduções de TMCG no giro parahipocampal, forçando a seleção de indivíduos que estão para o alto risco cardiovascular, mas que são capazes de exibir mecanismos compensatórios para manter o funcionamento metabólico adequado para as regiões temporolímbicas, as quais são vulneráveis às mudanças microvasculares / INTRODUCTION: Cardiovascular risk factors (CVRF) are known to affect cerebral blood flow, possibly contributing to cognitive decline and to the emergence of Alzheimers disease (AD), the commonest form of dementia. Positron emission tomography (PET) with 18-fluoro-2-deoxyglucose (18FFDG) has been widely used to demonstrate specific patterns of reduced brain glucose metabolism in AD subjects and in non-demented individuals carriers of the apolipoprotein e4 allele (APOE e4), the major genetic risk factor for DA. However, PET studies investigating the impact of CVRF on cerebral metabolism have been scarce to date. OBJECTIVE: To examine whether different levels of CVRF would be associated with cerebral metabolic rate of glucose (CMRgl) reductions, involving brain regions affected in early stages of DA (precuneus and posterior cingulate gyrus, lateral temporalparietal neocortices and hippocampal region). METHODS: We assessed 59 cognitively preserved individuals (66-75 years), subdivided into three groups according to their Framingham Coronary Heart Disease Risk (FCHDR) score (high-risk, medium-risk, and low-risk), both with magnetic resonance imaging (MRI) and FDG-PET scans. PET data were corrected for partial volume effects to avoid confounding effects due to regional brain atrophy. We performed an overall analysis of covariance (ANCOVA) to investigate CMRgl reductions in association with the three groups, two-group comparisons of CMRgl differences by t-tests, and voxelwise linear correlation indices between CMRgl values and FCHDR scores. All analysis included the presence or absence of the APOE 4 allele as a confounding covariate of interest. RESULTS: The ANCOVA investigation of CMRgl differences across the three groups showed significant CMRgl differences only in the right parahippocampal gyrus (p=0.032). In the two-group comparisons, significant CMRgl reductions were detected in the high-risk group compared to the lowrisk group in the left precuneus (p=0.008); and the left posterior cingulate gyrus (p=0.007). Unexpected foci of CMRgl reductions in the low-risk compared to the high-risk group in the parahippocampal gyrus were detected, both on the right (p=0.001) and left (p=0.045) hemispheres. There was also a significant positive linear correlation between CMRgl values and FCHDR scores in the parahippocampal gyrus both for the right (p=0.007) and left (p=0.025) sides. CONCLUSION: After controlling for the presence of the APOE 4 allele, our findings of CVRF-related regional brain hypofunction retained statistical significance in the precuneus and posterior cingulate gyrus, the two brain regions where functional impairments are most consistently detected in incipient stages of AD. This suggests that findings of brain hypometabolism similar to those seen in AD subjects can be seen in association with the severity of CVRF in samples of cognitively preserved individuals. One possible explanation for the relative hypermetabolism in the parahippocampal gyrus in high CVRF individuals would be a bias in the sample selection. It is possible that we have excluded subjects with severest levels of cardiovascular risk who would have displayed patterns of reduced CMRgl in the parahippocampal gyrus, forcing the selection of individuals who are at high cardiovascular risk but are capable of displaying compensatory mechanisms to maintain adequate metabolic functioning in temporolimbic regions vulnerable to microvascular changes

Introdução: Apesar de ser uma intervenção potencialmente promissora para melhorar a cognição em sujeitos com comprometimento cognitivo leve (CCL), os efeitos do treinamento aeróbio (TA) no metabolismo regional de glicose (MRG) no cérebro ainda são pouco conhecidos. Objetivo: Avaliar os efeitos do TA na cognição e no MRG cerebral em sujeitos com CCL, usando tomografia por emissão de pósitrons com 18F - fluordesoxiglicose (PET-18FDG). Métodos: Sessenta e cinco sujeitos com CCL realizaram um programa de TA de intensidade moderada, duas vezes por semana, durante 24 semanas. Uma avaliação cognitiva com a escala Alzheimer\'s Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale (ADAS-Cog) e outra do metabolismo cerebral em repouso com o PET-18FDG foram realizadas antes e depois da intervenção. A capacidade aeróbia foi comparada utilizando o consumo máximo de oxigênio (VO2 máx.) medido em mL/kg/min. Os dados de PET-18FDG foram analisados voxel por voxel com o programa SPM8 (limiar: p < 0,001 não corrigido, tamanho de agrupamento >= 50 voxels). Uma técnica de modelação de equações estruturais foi usada para criar um modelo para explorar as mudanças no MRG cerebral em repouso depois do programa de TA. Resultados: Comparações com testes t pareados revelaram melhora nos valores da escala ADAS-Cog (diferença média: -2,4 (3,5), p < 0,001) e no VO2 máx. (diferença média: 1,4 (2,3) mL/kg/min, p < 0,001). A análise metabólica do cérebro constatou uma redução bilateral do MRG em ambos os polos temporais anteriores, no giro frontal inferior esquerdo, no giro do cíngulo anterior esquerdo, no hipocampo direito, no giro frontal médio esquerdo e nos núcleos caudados bilaterais. Em contraste, houve um aumento do MRG no precuneus direito e no giro frontal inferior esquerdo. Um modelo de confirmação de fatores foi usado para criar variáveis latentes que refletem a rede de saliência (RS) e a rede de modo padrão (default mode network (DMN)) com base em regiões com mudanças no MRG encontradas depois do TA. Uma análise de caminhos foi utilizada para testar a hipótese de que o TA poderia induzir mudanças (diminuição) do MRG em regiões da RS. Essa redução pode refletir um aumento da eficiência da rede e, consequentemente, um melhor controle sobre outras redes. Em última instância, essa mudança induziria um aumento do MRG no precuneus, um importante nó da DMN. Os valores de adequação do modelo atingiram significância estatística, demonstrando que esse modelo explica a variância dos dados medidos. Conclusão: O TA melhorou a cognição e alterou o MRG em regiões da DMN e da rede de saliência em sujeitos com CCL / Background: Despite being a potentially promising intervention to improve cognition in subjects with mild cognitive impairment (MCI), the effects of aerobic training (AT) on regional brain glucose metabolism (rBGM) are not yet entirely understood. Objective: To evaluate the effects of AT on cognition and rBGM in subjects with MCI using 18FDG-PET. Methods: Sixty-five subjects with MCI performed a twice-a-week, moderate intensity, AT program for 24 weeks. Assessment with the ADAS-Cog (Alzheimer\'s Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale) and evaluation of rBGM with 18FDG-PET were performed before and after the intervention. Aerobic capacity was compared using the relative maximal oxygen consumption (VO2 max) measured in mL/Kg/min. 18FDG-PET data were analyzed on a voxel-by-voxel basis with SPM8 (threshold: uncorrected p < 0.001, cluster size >= 50 voxels). Structural equation modeling was used to create a model to explore the changes of resting-state rBGM after the AT program. Results: Comparisons using paired t-tests revealed improvements in the ADAS-Cog (mean difference: -2.4 (3.5), p < 0.001) and VO2 max scores (mean difference: 1.4 (2.3) mL/kg/min, p < 0.001). Brain metabolic analysis revealed a bilateral reduction of rBGM in both anterior temporal poles, left inferior frontal gyrus, left anterior cingulate cortex, right hippocampus, left middle frontal gyrus and bilateral caudate nuclei. In contrast, there was an increase in rBGM in the right precuneus and left inferior frontal gyrus. Confirmatory factor analysis was used to create latent variables reflecting the salience network (SN) and default mode network (DMN) based on regions with rBGM changes found after the AT. A path model analysis was used to test the hypothesis that AT would induce rBGM changes (decrease) in regions of the SN. This decrement may reflect improved efficacy and consequently, better control over other networks. Ultimately, these changes would induce an increment in rBGM in the precuneus, an important node of the DMN. Values of model fit reached statistical significance, demonstrating that this model explain the variance of the measured data. Conclusion: AT improved cognition and changed rBGM measured with 18FDG-PET in nodes od the DMN and SN in subjects with MCI

Introdução: Apesar de ser uma intervenção potencialmente promissora para melhorar a cognição em sujeitos com comprometimento cognitivo leve (CCL), os efeitos do treinamento aeróbio (TA) no metabolismo regional de glicose (MRG) no cérebro ainda são pouco conhecidos. Objetivo: Avaliar os efeitos do TA na cognição e no MRG cerebral em sujeitos com CCL, usando tomografia por emissão de pósitrons com 18F - fluordesoxiglicose (PET-18FDG). Métodos: Sessenta e cinco sujeitos com CCL realizaram um programa de TA de intensidade moderada, duas vezes por semana, durante 24 semanas. Uma avaliação cognitiva com a escala Alzheimer\'s Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale (ADAS-Cog) e outra do metabolismo cerebral em repouso com o PET-18FDG foram realizadas antes e depois da intervenção. A capacidade aeróbia foi comparada utilizando o consumo máximo de oxigênio (VO2 máx.) medido em mL/kg/min. Os dados de PET-18FDG foram analisados voxel por voxel com o programa SPM8 (limiar: p < 0,001 não corrigido, tamanho de agrupamento >= 50 voxels). Uma técnica de modelação de equações estruturais foi usada para criar um modelo para explorar as mudanças no MRG cerebral em repouso depois do programa de TA. Resultados: Comparações com testes t pareados revelaram melhora nos valores da escala ADAS-Cog (diferença média: -2,4 (3,5), p < 0,001) e no VO2 máx. (diferença média: 1,4 (2,3) mL/kg/min, p < 0,001). A análise metabólica do cérebro constatou uma redução bilateral do MRG em ambos os polos temporais anteriores, no giro frontal inferior esquerdo, no giro do cíngulo anterior esquerdo, no hipocampo direito, no giro frontal médio esquerdo e nos núcleos caudados bilaterais. Em contraste, houve um aumento do MRG no precuneus direito e no giro frontal inferior esquerdo. Um modelo de confirmação de fatores foi usado para criar variáveis latentes que refletem a rede de saliência (RS) e a rede de modo padrão (default mode network (DMN)) com base em regiões com mudanças no MRG encontradas depois do TA. Uma análise de caminhos foi utilizada para testar a hipótese de que o TA poderia induzir mudanças (diminuição) do MRG em regiões da RS. Essa redução pode refletir um aumento da eficiência da rede e, consequentemente, um melhor controle sobre outras redes. Em última instância, essa mudança induziria um aumento do MRG no precuneus, um importante nó da DMN. Os valores de adequação do modelo atingiram significância estatística, demonstrando que esse modelo explica a variância dos dados medidos. Conclusão: O TA melhorou a cognição e alterou o MRG em regiões da DMN e da rede de saliência em sujeitos com CCL / Background: Despite being a potentially promising intervention to improve cognition in subjects with mild cognitive impairment (MCI), the effects of aerobic training (AT) on regional brain glucose metabolism (rBGM) are not yet entirely understood. Objective: To evaluate the effects of AT on cognition and rBGM in subjects with MCI using 18FDG-PET. Methods: Sixty-five subjects with MCI performed a twice-a-week, moderate intensity, AT program for 24 weeks. Assessment with the ADAS-Cog (Alzheimer\'s Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale) and evaluation of rBGM with 18FDG-PET were performed before and after the intervention. Aerobic capacity was compared using the relative maximal oxygen consumption (VO2 max) measured in mL/Kg/min. 18FDG-PET data were analyzed on a voxel-by-voxel basis with SPM8 (threshold: uncorrected p < 0.001, cluster size >= 50 voxels). Structural equation modeling was used to create a model to explore the changes of resting-state rBGM after the AT program. Results: Comparisons using paired t-tests revealed improvements in the ADAS-Cog (mean difference: -2.4 (3.5), p < 0.001) and VO2 max scores (mean difference: 1.4 (2.3) mL/kg/min, p < 0.001). Brain metabolic analysis revealed a bilateral reduction of rBGM in both anterior temporal poles, left inferior frontal gyrus, left anterior cingulate cortex, right hippocampus, left middle frontal gyrus and bilateral caudate nuclei. In contrast, there was an increase in rBGM in the right precuneus and left inferior frontal gyrus. Confirmatory factor analysis was used to create latent variables reflecting the salience network (SN) and default mode network (DMN) based on regions with rBGM changes found after the AT. A path model analysis was used to test the hypothesis that AT would induce rBGM changes (decrease) in regions of the SN. This decrement may reflect improved efficacy and consequently, better control over other networks. Ultimately, these changes would induce an increment in rBGM in the precuneus, an important node of the DMN. Values of model fit reached statistical significance, demonstrating that this model explain the variance of the measured data. Conclusion: AT improved cognition and changed rBGM measured with 18FDG-PET in nodes od the DMN and SN in subjects with MCI

INTRODUÇÃO: Os fatores de risco cardiovascular (FRCV) afetam o fluxo sanguíneo cerebral, contribuindo possivelmente para o declínio cognitivo e a emergência da Doença de Alzheimer (DA), a forma mais comum de demência. A tomografia por emissão de pósitrons (positron emission tomography, PET) com fluordesoxiglucose F18 (18F-FDG) é largamente usada para demonstrar o padrão específico de metabolismo cerebral de glicose reduzido em sujeitos com DA e em indivíduos não-demenciados portadores do alelo e4 da apolipoproteína E (APOE e4), o maior fator de risco genético para DA. Entretanto, estudos de PET investigando o impacto dos FRCV no metabolismo cerebral são escassos. OBJETIVO: Examinar se níveis diferentes de FRCV estariam associados com reduções na taxa de metabolismo cerebral de glicose (TMCG), envolvendo as regiões cerebrais afetadas nos estágios iniciais da DA (pré-cúneo e giro do cíngulo posterior, neocórtex parieto-temporal lateral e região hipocampal). MÉTODOS: Nós avaliamos 59 indivíduos cognitivamente preservados (66-75 anos) subdivididos em três grupos de acordo com seu escore para Framingham Coronary Heart Disease Risk (FCHDR) (alto-risco, médio-risco e baixo-risco) para os exames de ressonância magnética (RM) e de PET-FDG. Dados de PET foram corrigidos para os efeitos de volume parcial a fim de evitar efeitos confundidores devido à atrofia cerebral regional. Nós realizamos uma análise de covariância global (ANCOVA) para investigar as reduções de TMCG em associação com os três grupos, comparações entre dois grupos para as diferenças de TMCG pelo teste-t, e índices de correlação linear voxel-a-voxel entre os valores de TMCG e escores FCHDR. Todas as análises incluíram a presença ou a ausência do APOE e4 como covariada confundidora de interesse. RESULTADOS: A investigação ANCOVA de diferenças de TMCG entre os três grupos mostraram significantes diferenças de TMCG somente no giro parahipocampal direito (p=0,032). Nas comparações entre dois grupos, reduções de TMCG significantes foram detectadas no grupo de altorisco comparado ao baixo-risco no pré-cúneo esquerdo (p=0,008) e o giro do cíngulo posterior esquerdo (p=0,007). Focos inesperados de reduções de TMCG no grupo baixo-risco comparado ao grupo alto-risco no giro parahipocampal foram detectados em ambos os hemisférios direito (p=0,001) e esquerdo (p=0,045). Havia também uma significante correlação linear positiva entre valores de TMCG e escores FCHDR no giro parahipocampal em ambos os lados direito (p=0,007) e esquerdo (p=0,025). CONCLUSÃO: Depois de controlar para a presença do APOE 4, nossos achados de hipofunção cerebral regional relacionado a FRCV mantiveram a significância estatística no pré-cúneo e no giro do cíngulo posterior, as duas regiões cerebrais onde comprometimentos funcionais são os mais consistentemente detectados nos estágios incipientes da DA. Isso sugere que os achados de hipometabolismo cerebral similares àqueles vistos nos sujeitos com DA podem ser vistos em associação com a gravidade de FRCV em amostras de indivíduos cognitivamente preservados. Uma possível explicação para o hipermetabolismo relativo no giro parahipocampal nos indivíduos com elevados FRCV seria um viés na seleção da amostra. É possível que nós tenhamos excluídos os sujeitos com os níveis mais graves de risco cardiovascular que teriam exibido os padrões de reduções de TMCG no giro parahipocampal, forçando a seleção de indivíduos que estão para o alto risco cardiovascular, mas que são capazes de exibir mecanismos compensatórios para manter o funcionamento metabólico adequado para as regiões temporolímbicas, as quais são vulneráveis às mudanças microvasculares / INTRODUCTION: Cardiovascular risk factors (CVRF) are known to affect cerebral blood flow, possibly contributing to cognitive decline and to the emergence of Alzheimers disease (AD), the commonest form of dementia. Positron emission tomography (PET) with 18-fluoro-2-deoxyglucose (18FFDG) has been widely used to demonstrate specific patterns of reduced brain glucose metabolism in AD subjects and in non-demented individuals carriers of the apolipoprotein e4 allele (APOE e4), the major genetic risk factor for DA. However, PET studies investigating the impact of CVRF on cerebral metabolism have been scarce to date. OBJECTIVE: To examine whether different levels of CVRF would be associated with cerebral metabolic rate of glucose (CMRgl) reductions, involving brain regions affected in early stages of DA (precuneus and posterior cingulate gyrus, lateral temporalparietal neocortices and hippocampal region). METHODS: We assessed 59 cognitively preserved individuals (66-75 years), subdivided into three groups according to their Framingham Coronary Heart Disease Risk (FCHDR) score (high-risk, medium-risk, and low-risk), both with magnetic resonance imaging (MRI) and FDG-PET scans. PET data were corrected for partial volume effects to avoid confounding effects due to regional brain atrophy. We performed an overall analysis of covariance (ANCOVA) to investigate CMRgl reductions in association with the three groups, two-group comparisons of CMRgl differences by t-tests, and voxelwise linear correlation indices between CMRgl values and FCHDR scores. All analysis included the presence or absence of the APOE 4 allele as a confounding covariate of interest. RESULTS: The ANCOVA investigation of CMRgl differences across the three groups showed significant CMRgl differences only in the right parahippocampal gyrus (p=0.032). In the two-group comparisons, significant CMRgl reductions were detected in the high-risk group compared to the lowrisk group in the left precuneus (p=0.008); and the left posterior cingulate gyrus (p=0.007). Unexpected foci of CMRgl reductions in the low-risk compared to the high-risk group in the parahippocampal gyrus were detected, both on the right (p=0.001) and left (p=0.045) hemispheres. There was also a significant positive linear correlation between CMRgl values and FCHDR scores in the parahippocampal gyrus both for the right (p=0.007) and left (p=0.025) sides. CONCLUSION: After controlling for the presence of the APOE 4 allele, our findings of CVRF-related regional brain hypofunction retained statistical significance in the precuneus and posterior cingulate gyrus, the two brain regions where functional impairments are most consistently detected in incipient stages of AD. This suggests that findings of brain hypometabolism similar to those seen in AD subjects can be seen in association with the severity of CVRF in samples of cognitively preserved individuals. One possible explanation for the relative hypermetabolism in the parahippocampal gyrus in high CVRF individuals would be a bias in the sample selection. It is possible that we have excluded subjects with severest levels of cardiovascular risk who would have displayed patterns of reduced CMRgl in the parahippocampal gyrus, forcing the selection of individuals who are at high cardiovascular risk but are capable of displaying compensatory mechanisms to maintain adequate metabolic functioning in temporolimbic regions vulnerable to microvascular changes

A Neurodegenerative Disease (ND) is progressive damage to brain neurons, which the human body cannot repair or replace. The well-known examples of such conditions are Dementia and Alzheimer’s Disease (AD), which affect millions of lives each year. Although conducting numerous researches, there are no effective treatments for the mentioned diseases today. However, early diagnosis is crucial in disease management. Diagnosing NDs is challenging for neurologists and requires years of training and experience. So, there has been a trend to harness the power of deep learning, including state-of-the-art Convolutional Neural Network (CNN), to assist doctors in diagnosing such conditions using brain scans. The CNN models lead to promising results comparable to experienced neurologists in their diagnosis. But, the advent of transformers in the Natural Language Processing (NLP) domain and their outstanding performance persuaded Computer Vision (CV) researchers to adapt them to solve various CV tasks in multiple areas, including the medical field. This research aims to develop Vision Transformer (ViT) models using Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative (ADNI) dataset to classify NDs. More specifically, the models can classify three categories (Cognitively Normal (CN), Mild Cognitive Impairment (MCI), Alzheimer’s Disease (AD)) using brain Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) Positron Emission Tomography (PET) scans. Also, we take advantage of Automated Anatomical Labeling (AAL) brain atlas and attention maps to develop explainable models. We propose three ViTs, the best of which obtains an accuracy of 82% on the test dataset with the help of transfer learning. Also, we encode the AAL brain atlas information into the best performing ViT, so the model outputs the predicted label, the most critical region in its prediction, and overlaid attention map on the input scan with the crucial areas highlighted. Furthermore, we develop two CNN models with 2D and 3D convolutional kernels as baselines to classify NDs, which achieve accuracy of 77% and 73%, respectively, on the test dataset. We also conduct a study to find out the importance of brain regions and their combinations in classifying NDs using ViTs and the AAL brain atlas. / <p>This thesis was awarded a prize of 50,000 SEK by Getinge Sterilization for projects within Health Innovation.</p>

Introdução: A tomografia por emissão de pósitrons (PET) permite a avaliação in vivo de alvos moleculares em doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer (DA). A deposição de placa Beta-amiloide pode ser avaliada por PET 11C-PIB, enquanto o PET 18F-FDG é utilizado para avaliar o metabolismo da glicose cerebral, que pode ser um indicador de lesão neuronal e disfunção sináptica. Além disso, a captação cerebral precoce de radiofármacos de PETamiloide pode determinar o fluxo sanguíneo cerebral regional. Mais estudos correlacionando a fase inicial de perfusão do 11C-PIB (11C-pPIB) e 18F-FDG ainda são necessários, considerando que o fluxo sanguíneo e o metabolismo da glicose cerebral são geralmente acoplados em repouso e durante as ativações neuronais. Objetivo: Avaliar se existe concordância diagnóstica e/ou topográfica entre a imagem na fase de perfusão do 11C-PIB (11C-pPIB), obtida entre 0 e 10 minutos, e a imagem metabólica de PET 18F-FDG através da quantificação por SPM (Statistical Parametric Mapping) e por análise visual, em sujeitos com DA e CCLa comparados aos controles idosos saudáveis. Métodos: CAPEPesq: Nº1.454.598. Noventa e três sujeitos foram alocados em três grupos de acordo com o diagnóstico clínico: doença de Alzheimer (DA - n = 27); Comprometimento Cognitivo Leve amnéstico (CCLa - n = 39); Controle idosos saudáveis (n = 27), estes foram submetidos a exames de imagens de RM ponderada em T1 e de PET/CT. A PET/CT 18F-FDG foi realizada 30 minutos após a injeção do radiofármaco e a PET/CT 11C-pPIB foi adquirida imediatamente após a injeção do radiofármaco, e os primeiros 10 minutos da aquisição foram considerados na análise. Imagens de PET foram corrigidas para efeito de volume parcial e as imagens foram espacialmente normalizadas utilizando um modelo anatômico personalizado da própria amostra (template), para análise por Mapa Estatístico Paramétrico (SPM8). A análise visual e individual foi realizada por dois médicos nucleares com experiência na área, cegos em relação à identificação das imagens, seus respectivos radiofármacos e diagnóstico clínico. Eles foram solicitados a fornecer um diagnóstico e indicar uma classificação com base na inspeção visual das imagens de 18F-FDG e 11CpPIB, e também na avaliação individual dos mapas-t de SPM (análise baseada em voxel comparando um único sujeito do grupo DA com um grupo de controle cognitivamente normal). Resultados e Discussão: Na análise por SPM, o 11CpPIB mostrou menor captação difusa cortical do que 18F-FDG. Na análise entre grupos, há uma diferença na captação de 11C-pPIB e 18F-FDG, o que é esperado, uma vez que a biodistribuição é uma propriedade particular de cada biomarcador de PET. Na comparação do grupo DA em relação ao grupo controle, os indivíduos com DA apresentaram diminuição da captação de 11C-pPIB nas regiões temporo-límbicas: amígdala e hipocampo (E = esquerdo) P = 0,006, amígdala e hipocampo (D = direito) P = 0,023; giro parahipocampal (E) P = 0,008 (D) P = 0,015; temporal superior (E) P = 0,012 (D) P = 0,015. No 18F-FDG, houve diminuição da captação no grupo DA comparado ao grupo controle nas seguintes regiões: córtex do cíngulo posterior (E) P = 0,028; pré-cuneus (E) P= 0,029; giro temporal médio (E) P = 0,039; giro temporal inferior (E) P = 0,044. Na comparação do grupo CCLa em relação ao grupo controle, os indivíduos com CCLa apresentaram diminuição da captação de 11C-pPIB na região do giro parahipocampal (E) P = 0,012. Na identificação visual, 100% das imagens PET 18F-FDG e 99% das imagens PET 11C-pPIB foram corretamente identificadas. Na análise visual e individual, foram observadas reduções na captação de 11CpPIB envolvendo a região temporal medial nos indivíduos com DA que não foi detectada pelo 18F-FDG. Isso poderia significar algum tipo de dissociação entre a perfusão e o metabolismo. Conclusão: Nossos achados sugerem que não há concordância diagnóstica e topográfica perfeita entre a imagem do metabolismo de glicose por PET com 18F-FDG e o padrão de perfusão cerebral usando o marcador PET 11C-PIB em certas estruturas cerebrais em idosos saudáveis, CCLa e pacientes com DA, na quantificação por SPM e na análise visual. Como um biomarcador duplo, a PET 11C-pPIB pode fornecer informações complementares sobre alterações fisiológicas no envelhecimento, e ajudar a elucidar e entender melhor a patologia das doenças relacionadas a memória / Introduction: Positron emission tomography (PET) allows in vivo evaluation of molecular targets in neurodegenerative diseases, such as Alzheimer´s Disease (AD). Beta-amyloid plaque deposition can be assessed by 11C-PIB PET while 18FFDG PET is used to assess cerebral glucose metabolism, which can be an indicator for neuronal injury and synaptic dysfunction. In addition, early cerebral uptake of PET-amyloid radiopharmaceuticals can determine regional cerebral blood flow. More studies correlating early-phase 11C-PIB (11C-pPIB) and 18F-FDG are still needed considering that blood flow and cerebral glucose metabolism are usually coupled at rest and during neuronal activations. The aim of this study is to evaluate topographic similarities and differences between cerebral perfusion images obtained with early 11C-PIB PET images and the metabolic images obtained with 18F-FDG PET. Methods: CAPEPesq: Nº1.454.598. Ninety-three subjects were allocated into three groups according to clinical diagnosis: Alzheimer\'s disease (AD, n=27); Mild Cognitive Impairment amnestic (aMCI, n=39); Elderly healthy control (n=27), they underwent T1-weighted MRI and PET/CT imaging. 18F-FDG PET/CT acquisition was performed 30 minutes after tracer injection and 11C-pPIB PET/CT was acquired immediately after the tracer injection and the first 10 minutes of the acquisition was considered in the analysis. PET images were corrected for partial volume effect and the images were spatially normalized using a custom anatomical template of the sample itself, for analysis by Statistical Parametric Mapping (SPM8). Visual and individual analysis were performed by two experient nuclear medicine physicians, blind in relation to the identification of the images, their respective radiopharmaceuticals and clinical diagnosis. They were asked to provide a diagnosis and to indicate their level of confidence on the basis of visual inspection of 18F-FDG and 11C-pPIB images, and also individual assessment of SPM t-maps (voxel-based analysis comparing a single subject of AD group to a cognitively normal control group). Results and Discussion: In the analysis by SPM, the 11C-pPIB showed lower cortical diffuse uptake than 18F-FDG. In the analysis between groups, there is a difference in 11CpPIB and 18F-FDG uptake, what is expected since biodistribution is a particular propriety of each PET tracer. The control group versus the AD group, individuals with AD presented a decreased 11C-pPIB uptake in the temporo-limbic regions: amygdala and hippocampal (L = left) P = 0.006; amygdala and hippocampal (R = right) P = 0.023; parahippocampal gyrus (L) P = 0.008 (R) P = 0.015; and superior temporal (L) P = 0.012 (R) P = 0.015. In the 18F-FDG, there was a decreased uptake in the AD group compared to the control group in the following regions: posterior cingulate cortex (L) P = 0.028; precuneus (L) P= 0.029; medial temporal gyrus (L) P = 0.039; and inferior temporal gyrus (L) P = 0.044. In the comparison of aMCI group versus the control group, individuals with aMCI presented a decreased 11C-pPIB uptake in the region: parahippocampal gyrus (L) P = 0.012. In the visual identification, 100% of 18F-FDG PET images and 99% of 11C-pPIB PET images were correctly recognized. In the visual and individual analysis, it was observed reductions in 11C-pPIB uptake involving medial temporal region in the AD subjects that was not detected by 18F-FDG.This could mean some kind of decoupling between perfusion and metabolism. Conclusion: Our findings suggest that there is no perfect diagnostic and topographical concordance between the imaging of 18F-FDG PET glucose and the cerebral perfusion pattern using the 11C-PIB PET marker in certain brain structures in healthy elderly, aMCI and patients suggestive of AD, quantification by SPM and visual analysis. As a double biomarker, 11C-PIB can provide complementary information on pathological aging of the brain, and it could help elucidate and better understand the pathology of memory-related diseases

Argentina e Brasil apresentam, cada um com suas particularidades, situações deficitárias no que diz respeito à base produtiva de alta intensidadetecnológica. Nesse amplo contexto, mostram-se de forte relevância políticas públicas de ciência, tecnologia e inovação voltadas para o fortalecimento e aprimoramento das áreas de produção e pesquisa nacionais em campos estratégicos. Por conformar um ramo fortemente demandante e dependente de produtos e serviços com intenso conteúdo tecnológico e ser um dos pilares do sistema de proteção social, o campo da saúde ganha destaque. Com isso, aparece como central para as políticas públicas nacionais dos países subdesenvolvidos, tendo em vista a importância de alcançarem maiores graus de autonomia frente aos oligopólios mundiais que dominam a produção de medicamentos e equipamentos para a saúde. É nesse conjunto de circunstâncias que se insere a proposta do presente trabalho, cujo objetivo é analisar umcircuito espacial produtivo e seus respectivos círculos de cooperação (SANTOS, 1986) que envolvem um serviço de alta densidade tecnológica na área da saúde. O recorte mais específico é a circularidade produtiva do radiofármaco fluordesoxiglucose (FDG-18F) para estudos em equipamento de tomografia por emissão de pósitrons (PET-CT) na Argentina e no Brasil. Para alcançar esse objetivo, além de pesquisa bibliográfica sobre o tema, empreendeu-se uma análise das políticas de ciência, tecnologia e inovação em saúde nos dois países. Destaca-se a realização de entrevistas com atores-chaves de várias instituições argentinas e brasileiras, abarcando representantes dos mais diversos segmentos envolvidos no circuito espacial produtivo estudado. O conjunto analítico explorado possibilitou o encontro de relevantes similitudes entre o funcionamento sistêmico dos elementos em questão nos dois países analisados, fundamentalmente no que concerne à lógica de atuação de setores privados na oferta e disponibilização de equipamentos e na prestação de serviços sofisticados de diagnóstico por imagem, como o caso do PET-CT. As estratégias de incorporação da tomografia computadorizada por emissão de pósitrons nos sistemas de saúde brasileiro e argentino são exemplos significativos, na área da saúde, de como as políticas do Estado e das empresas têm articulado os lugares para promover circuitos espaciais produtivos e círculos de cooperação que, todavia, nem sempre respondem aos princípios de universalização da saúde / Argentina and Brazil are found to be lacking in terms of a production base of high intensity technology.In this broad context, public policies on science, technology and innovation aimed at strengthening and improving national production and research in strategic fields are highly significant.Constituting a segment that is both heavily demanding and dependent on high technological content products and services and as one of the pillars of the social protection system, the field of health care is of particular importance.Thus it appears as central to the national public policies of developing countries, bearing in mind the importance of achieving greater degrees of autonomy from the global oligopolies that dominate the production of drugs and health care equipment.It is within this set of circumstances that the proposal for this study is placed, with the aim of analysing a productive spatial circuit and its respective circles of cooperation (Milton Santos, 1986) involved in the service of technological high density in the area of health.The most specific example is the productive circularity of the radiopharmaceutical fluorodeoxyglucose (FDG-18F) for studies in positron emission tomography equipment (PET-CT) in Argentina and Brazil.To achieve this aim, as well as a bibliographic study on the topic, a review was conducted into the science, technology and innovation policies in health in both countries.This featured interviews with key players from several Argentinian and Brazilian institutions, encompassing representatives from the most diverse segments involved in the productive spatial circuit under investigation. The analytical set explored enabled the finding of significant similarities between the systemic functioning of the elements in question in both countries, fundamentally as regards the role played by the private sector in the supply of equipment and the provision of sophisticated diagnostic imaging services, such as PET-CT.Strategies to incorporate PETCT scans into the Brazilian and Argentinian health systems is a significant example of how the policies of the State and of private companies have underpinned the places to promote productive spatial circuits and circles of cooperation that do not always answer to the principles of universalized health care

INTRODUÇÃO: Em pacientes com infarto do miocárdio (IM) e disfunção cardíaca, a evidência de viabilidade miocárdica é primordial, e o exame tomográfico por emissão de pósitrons com 18F-fluoro-desoxi-glicose (18FDG-PET) é o padrão-ouro para essa identificação. Existe preferência, na literatura, pela realização do clamp hiperínsulínico euglicêmico (CLAMP) antes da injeção de 18FDG para estimular todo o miocárdio a consumir glicose (GLI), garantindo assim a sua captação pelas áreas de miocárdio hibernado (MH). No entanto, essa técnica é trabalhosa, além do risco de hipoglicemia durante a realização. Desenvolvemos uma nova técnica na qual o paciente é submetido a uma dieta restrita em carboidratos (DIETA) por 24 horas antes do exame, sem a necessidade de CLAMP, com o objetivo de diminuir os níveis de insulina e aumentar ácidos graxos livres (AGL), estimulando o miocárdio normal a consumir AGL, e não GLI. A área de MH, porém, não consegue realizar o metabolismo oxidativo de AGL, mantendo o consumo de GLI. OBJETIVOS: comparar o PET após DIETA (PET-DIETA) com o PET após CLAMP (PET-CLAMP), para a pesquisa de viabilidade miocárdica. MÉTODOS: Trinta pacientes com IM prévio e hipocinesia na área infartada foram submetidos à cintilografia de perfusão miocárdica com 99mTc-sestamibi (MIBI), PET-CLAMP e PET-DIETA. A DIETA limitava-se a 15-20g de carboidratos por dia. Os exames foram submetidos à análise visual e classificados por escores (0 a 4). Foram consideras áreas de mismatch (MH) aquelas com hipoperfusão ao MIBI e captação presente no PET-CLAMP ou no PET-DIETA, em um modelo de 17 segmentos, além da análise por parede, território arterial e por paciente. A análise por segmentos foi realizada ainda dividindo-se os pacientes em diabéticos (DM) e não diabéticos (NDM). O PET-DIETA também foi submetido à análise automática (por percentual de captação) RESULTADOS: Durante o CLAMP, seis (20%) pacientes apresentaram hipoglicemia. Nenhum paciente apresentou hipoglicemia após a DIETA. Houve concordância na análise visual do PET-CLAMP e PET-DIETA para detecção de áreas de mismatch em 94,5% dos segmentos analisados, com um índice kappa de 0,78 (concordância substancial). Essa concordância se manteve na análise por parede (0,80), território arterial (k=0,79) e por paciente (0,79). Quando dividimos os pacientes em NDM (22) e DM (8), encontramos k=0,78 para o subgrupo NDM e 0,70 para o subgrupo DM. A análise automática para o PET-DIETA evidenciou, quando comparada com a análise visual do PET-CLAMP, uma concordância moderada, com índice kappa de 0,50 para análise por segmento, 0,54 por parede, 0,60 por território arterial e 0,48 por paciente. CONCLUSÕES: Concluímos assim que o exame de PET-DIETA apresenta uma excelente concordância para detecção de áreas de mismatch com o PET-CLAMP, ambos em conjunto com a análise do MIBI, possivelmente com mais segurança para o paciente. Essa concordância se mantém quando avaliamos os subgrupos de DM e NDM / BACKGROUND: In patients with myocardial infarction and left ventricular dysfunction, the evidence of myocardial viability has important clinical implications. Positron emission tomography (PET) using 18F-fluoro-desoxi-glucose (18FDG) is considered the gold standard for viability detection. The euglycemic hyperinsulinemic clamping (CLAMP) before 18FDG injection stimulates uptake of both glucose and 18FDG in the myocardium, including areas of hibernating myocardium (MH), and it is the most used protocol. However, this imaging protocol has an increased risk for hypoglycemia and is relatively time-consuming. We developed a new protocol using a 24 hours low-carbohydrate diet (DIET), aiming to reduce insulin levels and increase free fatty acids (FFA). This protocol stimulates the normal myocardium to use FFA, not glucose, but the area of hibernating myocardium (viable area) may not use oxidative metabolism with FFA, keeping glucose uptake and becoming a hot spot at PET images. The aim of this study was to compare both techniques by segments, regions, vascular territories and patients. METHODS: Thirty patients with previous myocardial infarction and left ventricular dysfunction were studied. All of them underwent into a SPECT perfusion scan with 99mTc-sestamibi and two 18FDG PET studies to asses myocardial viability, one with CLAMP (PET-CLAMP) and another using a 24 hours low-carbohydrate diet (PET-DIET). For the analysis, the myocardium was divided into 17 segments, 5 regions and 3 vascular territories. A visual and an automatic semi-quantitative analysis (only for PET-DIET) were carried out according to the following score indicating radiotracer uptake: 0 = normal to 4 = absent. Myocardial viability was defined as the presence of normal or mildly reduced FDG uptake in an area with reduced perfusion (99mTc-sestamibi uptake). We also performed subgroup analyses in diabetes (DM) and non-diabetic patients (NDM). RESULTS: While using CLAMP protocol, six (20%) patients had hypoglycemia. None of the patients had hypoglycemia after using DIET. High agreement rates were observed with visual analysis in comparing mismatch areas (kappa=0,78 substancial concordance). Similar rates were find in regions (0,80), vascular territories (0,79) and patient (0,79) analysis. In subgroup analysis, DM (8) presented with kappa=0,70 and NDM (22) with kappa=0,78. Upon analysis, the automatic method for PET-DIET showed moderate agreement when compared with PET-CLAMP visual analysis by segments (Kappa=0,50), regions (0,54), vascular territories (0,60) and patient (0,48). CONCLUSIONS: This has led to the suggestion that PET-DIET study proved an excellent agreement in detects mismatch areas assessed by PET-CLAMP, with probably more safety. The same results occurs in the in diabetes and non-diabetic patients subgroups

Argentina e Brasil apresentam, cada um com suas particularidades, situações deficitárias no que diz respeito à base produtiva de alta intensidadetecnológica. Nesse amplo contexto, mostram-se de forte relevância políticas públicas de ciência, tecnologia e inovação voltadas para o fortalecimento e aprimoramento das áreas de produção e pesquisa nacionais em campos estratégicos. Por conformar um ramo fortemente demandante e dependente de produtos e serviços com intenso conteúdo tecnológico e ser um dos pilares do sistema de proteção social, o campo da saúde ganha destaque. Com isso, aparece como central para as políticas públicas nacionais dos países subdesenvolvidos, tendo em vista a importância de alcançarem maiores graus de autonomia frente aos oligopólios mundiais que dominam a produção de medicamentos e equipamentos para a saúde. É nesse conjunto de circunstâncias que se insere a proposta do presente trabalho, cujo objetivo é analisar umcircuito espacial produtivo e seus respectivos círculos de cooperação (SANTOS, 1986) que envolvem um serviço de alta densidade tecnológica na área da saúde. O recorte mais específico é a circularidade produtiva do radiofármaco fluordesoxiglucose (FDG-18F) para estudos em equipamento de tomografia por emissão de pósitrons (PET-CT) na Argentina e no Brasil. Para alcançar esse objetivo, além de pesquisa bibliográfica sobre o tema, empreendeu-se uma análise das políticas de ciência, tecnologia e inovação em saúde nos dois países. Destaca-se a realização de entrevistas com atores-chaves de várias instituições argentinas e brasileiras, abarcando representantes dos mais diversos segmentos envolvidos no circuito espacial produtivo estudado. O conjunto analítico explorado possibilitou o encontro de relevantes similitudes entre o funcionamento sistêmico dos elementos em questão nos dois países analisados, fundamentalmente no que concerne à lógica de atuação de setores privados na oferta e disponibilização de equipamentos e na prestação de serviços sofisticados de diagnóstico por imagem, como o caso do PET-CT. As estratégias de incorporação da tomografia computadorizada por emissão de pósitrons nos sistemas de saúde brasileiro e argentino são exemplos significativos, na área da saúde, de como as políticas do Estado e das empresas têm articulado os lugares para promover circuitos espaciais produtivos e círculos de cooperação que, todavia, nem sempre respondem aos princípios de universalização da saúde / Argentina and Brazil are found to be lacking in terms of a production base of high intensity technology.In this broad context, public policies on science, technology and innovation aimed at strengthening and improving national production and research in strategic fields are highly significant.Constituting a segment that is both heavily demanding and dependent on high technological content products and services and as one of the pillars of the social protection system, the field of health care is of particular importance.Thus it appears as central to the national public policies of developing countries, bearing in mind the importance of achieving greater degrees of autonomy from the global oligopolies that dominate the production of drugs and health care equipment.It is within this set of circumstances that the proposal for this study is placed, with the aim of analysing a productive spatial circuit and its respective circles of cooperation (Milton Santos, 1986) involved in the service of technological high density in the area of health.The most specific example is the productive circularity of the radiopharmaceutical fluorodeoxyglucose (FDG-18F) for studies in positron emission tomography equipment (PET-CT) in Argentina and Brazil.To achieve this aim, as well as a bibliographic study on the topic, a review was conducted into the science, technology and innovation policies in health in both countries.This featured interviews with key players from several Argentinian and Brazilian institutions, encompassing representatives from the most diverse segments involved in the productive spatial circuit under investigation. The analytical set explored enabled the finding of significant similarities between the systemic functioning of the elements in question in both countries, fundamentally as regards the role played by the private sector in the supply of equipment and the provision of sophisticated diagnostic imaging services, such as PET-CT.Strategies to incorporate PETCT scans into the Brazilian and Argentinian health systems is a significant example of how the policies of the State and of private companies have underpinned the places to promote productive spatial circuits and circles of cooperation that do not always answer to the principles of universalized health care