| Project/Area Number |
22K12874
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
尾川 浩一 法政大学, 理工学部, 教授 (00158817)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | SPECT / 深層学習 / モンテカルロ法 / コリメータ / 画像再構成 / 投影データ / 画質改善 / 静止型データ収集 / ガンマカメラ / モンテカルロシミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
シングルフォトンエミッションCT(SPECT)は臓器の機能情報を得るために放射性医薬品から放出されたガンマ線を検出器で計測し映像化している点に特徴がある。一方で、SPECTでは体内を構成する元素とガンマ線との相互作用による吸収や散乱などの問題や、コリメータを装着したガンマカメラを用いたデータ収集に由来する問題により、定量的な診断画像を作るのが困難である。本研究ではSPECTのこれらの問題に対して深層学習を用いることで大幅な画質の改善を図る。深層学習は近年、急速に発展を遂げた研究分野であり、SPECT画像に対しても大幅な画質改善効果が期待でき革新的な核医学診断が実現すると考えられる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、平行多孔型コリメータを用いたSPECTシステムのジオメトリに関して、ガンマ線の吸収や散乱線の影響、統計雑音の影響、コリメータの影響、検出器の固有空間分解能に起因する画質劣化に関して、従来のモデルベースの画像補正法と比較して、深層学習を用いた画質改善法がどの程度、優位であるかをシミュレーションによって検討した。
定量的評価を可能にするために幾何学的な数値ファントムに対して、モンテカルロ法による光子輸送計算をGPU（グラフィック・プロセッサ・ユニット）を用いて実施して、種々の物理現象の影響を考慮した投影データ（学習データ）を作成した。また、教師データとしては解析的に得られる理論的投影データを利用した。これらの学習データと教師データから、画質補正のためのネットワークのモデルをU-net++を用いて構築した。
これとは別に、モデルベースの従来手法として、ML-EM法に組み込んだ吸収補正法やTEW（Triple Energy Window)法に代表される散乱線補正法を使い、量子雑音の多い場合と少ない場合に関して、モデルベースの補正方法とデータ駆動型の深層学習による補正方法で、その効果にどのような違いが現れるかを検討した。再構成画像の評価はPSNRやMSEなどを用いた。また、脳ファントムを用いたシミュレーションでは、白質、灰白質から異なる数の光子を発生させ、X線CT画像の吸収マップを利用した投影データを作成した。
これらのシミュレーションによって、データ駆動型の深層学習を用いた補正法の優位性について検討した結果、いずれのファントムにおいても深層学習を用いた方法は、従来のモデルベースの補正法と比較して顕著な補正効果が確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画調書作成時に予定していた研究内容をほぼ達成しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
データ駆動型の画像処理では、そのネットワークモデルを構築するために多くの画像データが必要になるが、世界中で公開されているSPECT画像のデータはあまり多くなく、実際の患者の臨床データを検討することが困難になるために、PET/CTのデータの利用やMRI画像から吸収係数マップを作成することも検討する。
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