Dose Reduction in brain perfusion SPECT Using Deep Learning

Research Project

Project/Area Number	22K15842
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 52040:Radiological sciences-related
Research Institution	Gihu University of Medical Science (2023) University of Fukui (2022)
Principal Investigator	北章延岐阜医療科学大学, 保健科学部, 准教授 (50935145)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000) Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords	SPECT / Deep Learning / 被ばく低減 / 投与量低減 / 短時間収集 / Dose Reduction
Outline of Research at the Start	近年，医療被ばくに伴う発がんリスクの上昇に関する論文が複数報告され，社会的な注目を浴びている．SPECT検査では，放射性医薬品の投与量を減量することで被ばく線量を低減させることは可能であるが，同時に画質も低下してしまう．すなわち投与量の減量と画質との間にはトレードオフの関係が成立している．本研究の目的は，SPECTにDeep Learning(DL)技術を適用し低投与量による低画質の画像から通常の投与量による高画質の画像を復元するためのDLネットワークを構築することである．投与量の低減が可能となれば，被ばく線量の低減に加え医療費の削減にもつながる．
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は，以下の2つである．1）脳SPECT（Single-Photon Emission Computed Tomography）において，Deep Learning（DL）を使用した画像復元技術を適用することで，低画質な低投与量の画像から通常の高投与量の画像を復元するためのDLネットワークを構築すること．2）構築したDLネットワークを用いて，投与量の低減がどの程度可能かを解明すること．もし投与量の低減が可能となれば，被ばく線量の低減だけでなく，医療費の削減にもつながる．また，この技術は全てのSPECT検査に適用可能となるため，その影響は非常に大きいと考える．ただし，DLによる画像復元を用いる場合，精度の悪い検査結果が得られる可能性があるため，本研究では，DLによって復元された画像を使用した場合の検査結果の十分な確認を行う必要がある．これらの事柄を考慮し，最終的な研究結果の報告では，投与量低減の落とし所を適切に見極めることも非常に重要な要素となる．また，これまでの研究の成果をまとめた論文（査読有り，オープンアクセス）を2023年4月に報告した．この論文では，通常の脳SPECT検査と比較して非常に短い検査時間で一部の検査結果を得ることができるDLの開発手法とその精度評価について報告した．単純なDLを使用し，高い精度の検査結果を得ることができ，臨床において重要な報告となったと考える．また，その研究成果は放射線医学分野で最も大規模である国際学会であるEuropean Congress of Radiology2024にて一般演題として採択され2024年2月に発表を行なった．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason データの収集および解析が予想以上に時間を必要したため．
Strategy for Future Research Activity	一定の成果をあげることはできたが，今後より多くのデータを収集し，さらに精度の高いDLを行なうことを目指していく．