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Development of image analysis methods for plant using MRI

Publicly Offered Research

Project AreaElucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system
Project/Area Number 19H05366
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Complex systems
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

中井 隆介  京都大学, こころの未来研究センター, 特定講師 (10576234)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
KeywordsMRI / 植物 / 高解像度 / 画像処理 / 撮像法 / 材料特性 / 微細構造
Outline of Research at the Start

京都大学こころの未来研究センターに設置されている臨床用MRI(磁気共鳴画像診断)装置を用いて、植物の構造を捉えるための画像取得プログラムと専用の核磁気共鳴信号取得ハードウェア、および、そこから得られた画像を解析する画像処理解析手法を開発し、これらを組み合わせ、植物の構造を解析する新しい手法を構築する。さらに、得られた情報を基に、組織の剛性や異方性等、特性値を画像から取得する手法を開発する。

Outline of Annual Research Achievements

2019年度は、植物撮像用のMRIの撮像パラメータとその画像処理手法、および、小ボア径MR信号受信用コイル等の要素技術を開発した。2020年度は、まず小ボア径MR信号受信コイルを用いて、比較サイズの小さい植物に対し、拡散テンソルイメージングを用いた特性値取得法を確立した。通常、脳の撮像等で使用される32チャンネルヘッドコイル等を使用した場合、信号量が少ないサイズの小さな植物の拡散テンソルイメージングのデータを取得することは不可能であったが、小ボア径MR信号受信コイルを用いてパラメータを調整することでデータ取得が可能となった。また取得したデータについても位置情報の歪みが発生し、正確な計測値がでない状態であったので、それを補正する画像処理手法を新たに開発した。これにより拡散関連の特性値情報を得ることが可能となった。次に、撮像したデータと解析ソフトウェアを用いて計測したT2値や拡散関連の特性値等を、材料特性試験機で計測した植物の物性値と合わせて分析を行い、MRIからの特性値と材料的な物性値との関係を明らかとした。その中でサイズの小さな信号量の少ない植物は、MRIの磁場の状態に大きく影響を受け、特性値の定量性が悪いことが判明したため、データ補正処理を開発した。これにより精度が向上した。他に、時系列変化を調べるための手法を開発し、植物の重力屈性時の変化についても小ボア径MR信号受信用コイルを用いてMRI実験を行い、分析を行った。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Development of a dynamic imaging method for gravitropism in pea sprouts using clinical magnetic resonance imaging system2020

    • Author(s)
      Nakai R, Azuma T, Nakaso Y, Sawa S, Demura T
    • Journal Title

      Plant Biotechnology

      Volume: 37 Issue: 4 Pages: 437-442

    • DOI

      10.5511/plantbiotechnology.20.1020a

    • NAID

      130007960240

    • ISSN
      1342-4580, 1347-6114
    • Year and Date
      2020-12-25
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Analysis of changes in magnetic susceptibility artifacts due to static magnetic field strength, imaging sequence and chemical composition.2020

    • Author(s)
      Nakai R, Yamaguchi S, Toda M, Azuma T, Iwata H
    • Organizer
      ISMRM 28th Annual Meeting & Exhibition
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 種々のMR撮像シーケンスの原理2020

    • Author(s)
      中井隆介
    • Organizer
      PT-MRI研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] MR画像の組織コントラスト2020

    • Author(s)
      中井隆介
    • Organizer
      PT-MRI研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of MR imaging for microstructural analysis using a clinical MRI system2019

    • Author(s)
      Nakai R, Azuma T
    • Organizer
      第47回日本磁気共鳴医学会大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 身体とこころ:身体的な疾患が及ぼす影響2019

    • Author(s)
      中井隆介
    • Organizer
      川西市生涯学習短期大学レフネック
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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