超高磁場(7T)MRI装置を用いた脳動脈瘤拍動の定量計測
Project/Area Number |
22K15880
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Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 52040:Radiological sciences-related
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Research Institution | Kyoto University |
Principal Investigator |
赤坂 太 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (00883224)
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Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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Keywords | 7T / 超高磁場 / MRI / GRASP / 脳動脈瘤 / 拍動 / 圧縮センシング |
Outline of Research at the Start |
脳動脈瘤破裂による死亡率は35-50%と高く、破裂率を正確に予測することが必要である。脳動脈瘤の拍動が破裂の重要な予測因子として報告されて久しいが、その評価は難しく未だ標準的と言える手法は存在しない。近年、主に4D-CTAを用いた脳動脈瘤拍動に伴う形状変化を定量的に計測する論文が相次いで発表され、大いに注目されている。本研究では超高磁場(7T)MRIを用い、体幹部や心臓を自由な呼吸・拍動下に撮像可能なGRASPと呼ばれる撮像法を基に、脳動脈瘤を高い空間的・時間的解像度で描出可能な画像再構成法を開発することで拍動を4D画像として可視化し、破裂の予測につながる計測法を開発することを目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
脳動脈瘤の拍動が破裂の重要な予測因子として報告されて久しいが、その評価は難しく未だ標準的と言える手法は存在しない。本研究は超高磁場(7T)MRIを用い、体幹部や心臓を自由な呼吸・拍動下に撮像可能なGRASPと呼ばれる撮像法を基に、脳動脈瘤を高解像度・高時間分解能で描出可能な画像再構成法を開発することで拍動を3D動画として可視化し、破裂の予測因子につながるロバストで定量的な拍動の計測法を開発することを目標とする。 上記目的のため、新たにMRIパルスシーケンスプログラムを開発した。特記すべき特徴として、黄金角(111.25°)で回転するスポークを用いたラジアルスキャンのk空間充填法を用いるため、常に最も疎なk空間領域をスキャンすることから、撮像終了後にデータを任意に分割して画像を再構成することが可能である。これに加え、血管に生じる信号低下(flow void)を抑制するため、傾斜磁場内を移動する血液に生じる位相変化を適切に補正するflow compensationを実装した。また、撮像したデータから1心拍内の形状変化を3D動画として再構成するプログラムを開発した。具体的には当研究室の過去研究で開発されたプログラムに、k空間データの時間による分割を2Dから3Dに拡張するなど数々の改良を加え、高い時間的解像度による再構成を可能とした。これらのプログラムを用いて、研究代表者が過去研究で作成した動脈瘤ファントムを拍動ポンプに接続して拍動させ、7T MRI(Magnetom, Siemens Healthineers)で撮像し再構成した結果、5分弱の撮像時間で、模擬動脈瘤の拍動を最大毎秒30フレームの高い時間的解像度、0.5mm等方ボクセルの高い空間的解像度で、3D動画として描出することに成功した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
我々は拍動ポンプの設定を21拍/分とし、模擬動脈瘤の壁移動の振幅が約3mm大となるようポンプの圧を調整し、7T MRIを用いて撮像した(TE/TR=6.6/13ms,フリップ角=6度,スポーク数=1000,撮像時間=4分46秒)。拍動する模擬動脈瘤を含む160x160x11mm立方の範囲を、0.5mm等方のボクセルサイズにて撮像し、1心拍を8,16,24,36,48,96分割して画像再構成を試みたところ、いずれの場合も模擬動脈瘤の拍動を描出することが可能であった。96分割時の1フレームの長さは約30ミリ秒であり、非常に高い時間的解像度で拍動を3Dで描出可能であることが示された。 現時点での課題は拍動ポンプの設定を60拍/分とすると、動脈壁の動きが描出されない点である。拍動を21,30,45,70拍/分に設定すると描出され、またCartesianの2Dシネ撮像では描出されているため、ファントムあるいはパルスシーケンスの問題ではなく、画像再構成の問題と考える。考えられる原因としてゴールデンアングルでラジアル撮像しているものの、タイミングによって何らかのコヒーレンスが生じている可能性があるが、未だ原因を究明できていない。 また人の撮像では脳血管の描出は概ね良好なものの、一部流速の早い内頚動脈サイフォン部などで信号低下が見られた。また2Dシネ撮像では描出される拍動に伴う僅かな血管の動きが、本研究で開発したパルスシーケンスおよび再構成法では描出されない。前者の原因としてはflow compensationの効力が不足しているか、結果的に伸びたTEによる位相分散が考えられる。後者の原因としては、心拍とMRI装置の同期には脈波センサーを用いているが、そのサンプリング間隔が20msと長く、MRIの1回の走査に要する時間(TR)の3-4倍に相当するため、精度が不足している可能性がある。
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Strategy for Future Research Activity |
上記進捗状況に記載した問題を解決するために、さらなる撮像パラメータの調整、被験者の脈波データの精度向上、TE短縮のため現MRIパルスシーケンスの改良および新たなk空間充填法を用いたパルスシーケンスの開発、などを予定している。最終的には目標である人で動脈の動きおよび動脈瘤の拍動を7T MRIで3D動画として描出し、定量的な評価法を開発することを目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)