Feature trackingへの応用を目指したtagging MRIの開発

• Project/Area Number: 20H04501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松田 哲也 京都大学, 情報学研究科, 教授 (00209561)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今井 宏彦 京都大学, 情報学研究科, 助教 (40506466)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: MRI / feature tracking / cine MRI / タギングMRI

Outline of Research at the Start

本研究では、近年、心機能の評価指標として臨床的に期待されている心筋のストレイン解析を心臓MRIで高精度に実現するための新たな方法の開発を目的とする。MRIではcine MRIを対象としたfeature tracking法による解析が期待されているが、本法は心内/外膜面の輪郭の変位を解析対象としており、輪郭上の各点の絶対的な変位に基づくストレス値とは言えない。そこで、feature tracking法にも適用できるようなタグパターンをデザインすることにより、心筋局所の絶対変位計測が可能なtagging MRIの特長も兼ね備えたfeature tracking法によるストレイン解析法を実現する。

Outline of Annual Research Achievements

研究開発は、1)feature trackingに適したtag patternの選定、2)2次元tag patternのMRI撮像パルスシーケンスへの実装、3)feature trackingに適用することにより得られたストレイン値の検証、という3つの研究項目に分けて実施しており、研究2年目の本年度は、当初の計画の通り研究項目1)、2)を研究代表者、研究分担者が担当して研究を進めた。
tag patternの選定では、初年度に明らかとなった歪みの要因のうち、tagの複雑さについては、tagが複雑であるほど解析精度は向上するが歪みが生じ易くなるため、7T小動物用MRIシステムを用いた撮像実験を早期に進めることを優先してtagの明暗部のうち明部が多い単純なパターンを用いることとした。また、tag patternを90°だけ回転させると、MRIの画像データ収集において直交している周波数エンコード方向および位相エンコード方向に対する関係が変化するが、この回転によって検出精度に大きな影響があることが計算機シミュレーションによって明らかとなった。
最終的には4行4列の16画素うち明部が13画素、暗部が3画素の基本patternを用いることとし、MRIの画像データ収集方向に対するTag patternの配置によって歪みの程度が変化するという計算機シミュレーションで得られた結果を7T小動物用MRIシステムを用いた実際のMRI画像でも確認した。研究代表者の翌年度における研究環境が未定であったため、極めて高頻度に撮像実験を重ね、さまざまなtag patternとその配置に関する検討を行った。また、当初の計画では最終年度の令和4年度を予定していた研究項目3)のストレイン値の検証についても、運動ファントムを対象とする撮像実験を研究計画に先行して着手したが、運動下での撮像までには至らなかった。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Creation of a video library for education and virtual simulation of anatomical lung resection Article (2022)
  • Author(s): Junko Tokuno, Toyofumi Fengshi Chen-Yoshikawa, Megumi Nakao, Masashi Iwakura, Tamaki Motoki, Tetsuya Matsuda, Hiroshi Date
  • Journal Title: Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery Volume: ePub Issue: 5 Pages: 808-813
  • DOI: 10.1093/icvts/ivab379
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deformation analysis of surface and bronchial structures in intraoperative pneumothorax using deformable mesh registration (2021)
  • Author(s): Nakao Megumi、Kobayashi Kotaro、Tokuno Junko、Chen-Yoshikawa Toyofumi、Date Hiroshi、Matsuda Tetsuya
  • Journal Title: Medical Image Analysis Volume: 73 Pages: 102181-102181
  • DOI: 10.1016/j.media.2021.102181
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fluid Dynamics Analyses of the Intrahepatic Portal Vein Tributaries Using 7-Tesla MRI (2021)
  • Author(s): Yu Oshima, Satoshi Ogiso, Hirohiko Imai, Masanori Nakamura, Satoshi Wakama, Katsuhiro Tomofuji, Takashi Ito, Ken Fukumitsu, Takamichi Ishii, Tetsuya Matsuda, Kojiro Taura
  • Journal Title: HPB Volume: 23 Issue: 11 Pages: 1692-1699
  • DOI: 10.1016/j.hpb.2021.04.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Statistical deformation reconstruction using multi-organ shape features for pancreatic cancer localization (2021)
  • Author(s): Nakao Megumi、Nakamura Mitsuhiro、Mizowaki Takashi、Matsuda Tetsuya
  • Journal Title: Medical Image Analysis Volume: 67 Pages: 101829-101829
  • DOI: 10.1016/j.media.2020.101829
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Photoacoustic in vivo 3D imaging of tumor using a highly tumor-targeting probe under high-threshold conditions (2020)
  • Author(s): Yamada Hisatsugu、Matsumoto Natsuki、Komaki Takanori、Konishi Hiroaki、Kimura Yu、Son Aoi、Imai Hirohiko、Matsuda Tetsuya、Aoyama Yasuhiro、Kondo Teruyuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 19363-19363
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76281-1
  • NAID: 120006937531
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regularized Three-Dimensional Generative Adversarial Nets for Unsupervised Metal Artifact Reduction in Head and Neck CT Images (2020)
  • Author(s): M. Nakao, K. Imanishi, N. Ueda, Y. Imai, T. Kirita, T. Matsuda
  • Journal Title: IEEE Access Volume: 8 Pages: 109453-109453
  • DOI: 10.1109/access.2020.3002090
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Shape Reconstruction for Abdominal Organs based on a Graph Convolutional Network (2021)
  • Author(s): Zijie Wang, Megumi Nakao, Mitsuhiro Nakamura, Tetsuya Matsuda
  • Organizer: 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Improvement of Image Quality of Cone-beam CT Images by Three-dimensional Generative Adversarial Network (2021)
  • Author(s): Takumi Hase, Megumi Nakao, Keiho Imanishi, Mitsuhiro Nakamura , Tetsuya Matsuda
  • Organizer: 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enumerated sparse extraction of important surgical planning features for mandibular reconstruction (2020)
  • Author(s): Kazuki Nagai, Megumi Nakao, Nobuhiro Ueda, Yuichiro Imai, Tadaaki Kirita, Tetsuya Matsuda
  • Organizer: 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deep Learning Based Lung Region Segmentation with Data Preprocessing by Generative Adversarial Nets (2020)
  • Author(s): Jumpei Nitta, Megumi Nakao, Keiho Imanishi, Tetsuya Matsuda
  • Organizer: 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] X-ray2Shape: Reconstruction of 3D Liver Shape from a Single 2D Projection Image (2020)
  • Author(s): Fei Tong, Megumi Nakao, Shuqiong Wu, Mitsuhiro Nakamura, Tetsuya Matsuda
  • Organizer: 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Model-based registration for pneumothorax deformation analysis using intraoperative cone-beam CT images (2020)
  • Author(s): Hinako Maekawa, Megumi Nakao, Katsutaka Mineura, Toyofumi F. Chen-Yoshikawa, Tetsuya Matsuda
  • Organizer: 42nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC)
  • Int'l Joint Research