2015 Fiscal Year Research-status Report
高速・高精度ノイズ除去技術に基づく脳MRIコネクトームの高精度化
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15K09920
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大石 直也 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40526878)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉原 玄一 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (70402261)
藤原 宏志 京都大学, 情報学研究科, 准教授 (00362583)
鈴木 崇士 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (10572224)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | MRI / 脳 / コネクトーム / ノイズ除去 / non-local means / GPGPU |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳MRIコネクトームは、脳のネットワーク状態を網羅的に評価でき、精神疾患のような複雑な病態の解明や診断精度の向上が期待される新技術である。しかし、MRIの撮像に伴うノイズはコネクトーム解析上、大きな問題である。これまで申請者らは、ノイズ除去性能が高い一方、計算コストが高く医用応用が困難であったNon-local means法をGeneral Purpose GPU(GPGPU)技術で超高速化させることに成功し、形態MRIへの有用性を明らかにしてきた。本研究の目的は、この技術をさらに発展させ、基礎・臨床両面における脳MRIコネクトーム高精度化の可能性を明らかにすることにある。
平成27年度では、小動物撮像のための7T-MRI装置の運用準備を行うとともに、3T-MRIでのヒト健常者での形態MRIや拡散テンソル画像（DTI）、安静時機能的MRI（rs-fMRI）のデータ取得を行った。また、コネクトーム用GPGPUノイズ除去アルゴリズムの開発および既存のデータセットを用いた検証を行った。ソフトウェアをバージョンアップさせ、DTIやrs-fMRIのような4次元データにおけるノイズ除去も可能となった。さらに、アメリカ合衆国におけるアルツハイマー病脳画像診断法の先導的研究（ADNI）で公開されているDTIデータを用いて、ノイズ除去性能の検証を行い、その有用性を示すことに成功した。
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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
①コネクトーム用GPGPUノイズ除去アルゴリズムの開発に関して。CUDAバージョンアップを行うとともに、DTIやrs-fMRIに対応させるために4次元データにも対応できるようにソフトウェアのバージョンアップを行った。さらに、ADNIデータセットを用いて50名のアルツハイマー病患者と50名の健常者のDTIに本ソフトウェアを応用し、ノイズ除去による両者の差異の顕在化に成功するなど、当初の計画以上に質の高い結果を得ることに成功した。②小動物の脳MRI撮像に関して。新規導入された7T-MRI装置に関しては現在倫理委員会申請などの環境構築中であり、当初の計画よりもやや遅れているものの、共同研究を行っている京都府立医科大学に設置済の7テスラ小動物用MRI装置でのデータ取得は行えている。③ヒト健常者の脳MRI撮像に関して。②と同様、7T-MRIの計画は当初よりもやや遅れているものの、3T-MRI装置での撮像は順調に進展している。さらに、ADNIデータセットを用いた50名以上のDTIおよびrs-fMRIのデータを用いた解析にも着手できており、当初の計画と同等かそれ以上に進展している。
上記を鑑み、計画はおおむね順調に進展しているものと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点で、本研究はおおむね順調に進展しているため、平成28年度も当初の研究計画に基づいて推進していく。
①コネクトーム用GPGPUノイズ除去アルゴリズムの開発に関して。DTIにおける方向成分、rs-fMRIにおける時系列成分などを活用した新規アルゴリズム開発を行っていく。また、NLMより高性能なアルゴリズムについても導入を検討する。②小動物の脳MRI撮像に関して。7T-MRI装置の環境構築を継続して行っていくとともに、撮像可能になり次第データ取得に着手する。③ヒト健常者の脳MRI撮像に関して。3T-MRI装置でのデータ取得を継続して行うとともに、②と同様、7T-MRIは撮像可能になり次第データ取得に着手する。また、ADNIデータセットを用いた50名以上のDTIおよびrs-fMRIのデータを用いた解析も継続して行っていく。④小動物、ヒト健常者のMRIによるノイズ除去性能の検証に関して。上記で開発したソフトウェアおよび取得したデータを用いて検証を行っていく。⑤統合失調症患者の脳MRI撮像およびノイズ除去手法の検証に関して。京都大学精神科で既に取得したDTI, rs-fMRIデータに加えて、新たに撮像されたデータも対象として、統合失調症患者においてもノイズ除去コネクトームの有用性を検証する。
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| Causes of Carryover |
予定していた7T-MRI装置でのデータ取得の進捗が遅れているため、実験用動物購入費用、健常被験者に対する謝金やMRI消耗品、また当該データの保存用ストレージ等の物品費が当初の見積もりよりも低くなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該年度に予定していた実験用動物購入費用、健常被験者に対する謝金やMRI消耗品、また当該データの保存用ストレージ等の物品費に使用する予定である。
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[Journal Article] Gradual cerebral hypoperfusion in spontaneously hypertensive rats induces slowly evolving white matter abnormalities and impairs working memory2016
Author(s)
Kitamura A, Saito S, Maki T, Oishi N, Ayaki T, Hattori Y, Yamamoto Y, Urushitani M, Kalaria R, Fukuyama H, Horsburgh K, Takahashi R, Ihara M.
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Journal Title
Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism
Volume: in press
Pages: in press
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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