2017 Fiscal Year Research-status Report
マルチバンドEPIとRESOLVE併用によるMRI-QSI解析
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15K09933
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
八木 一夫 首都大学東京, 人間健康科学研究科, 名誉教授 (50201819)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ＭＲＩ－ＱＳＩ / MRI-micro解析 / MRI PHANTOM解析 / マルチバンドEPI / マイクロサイズ構造情報抽出 / Monte-Calro拡散シミュレーション / MRI脳神経構造解析 / 高ｂ値拡散 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
MRI-QSI法はその有用性が指摘される中で検査時間の長さが普及を妨げる大きな要因となっている。本研究は臨床応用を目標に、検査時間短縮化と高ｂ値拡散域での信号取得化を目標にした。対応するQSIシーケンスの最適化のため、基礎となるQSI用PHANTOMの研究およびMonte-Calro法による水分子の拡散シミュレーションを主にして研究した。MRI-QSI法は拡散粒子が生体内での対象組織内でどのように分布するのかを明らかにできる方法として注目されている。しかし、適切な構造評価には対象とする制限構造に合致した条件設定を行う必要があるが、制限構造評価の条件設定が複雑で、最適撮像条件はほとんど明示されていない。そこで、前年度より引き続いて計算機による水分子の拡散シミュレーションを設定し、微細構造における最適撮像条件の推定を試みた。対象構造は微細な制限構造である白質神経構造と生体内制限構造の中では比較的大きな構造を持つ骨格筋線維構造とし、QSI基本パルスシーケンスはPGSE(Pulse Gradient Spin Echo)法を用いた。
理想条件、実験機条件、臨床機条件の3条件においてシミュレーションを行い、対象構造が各条件におけるMRI傾斜磁場強度(理想条件:∞、実験機条件 : ≦600[mT/m]、臨床機条件 : ≦40[mT/m])を用いることで、制限構造の推定と設定パラメータの変化から起こる信号減衰について比較検討した。
結果、対象制限構造の拡散時間を計算推定した。また、Δ、δの変化によって信号減衰の推移を確認し、δでは臨床撮像データとして提示できると考えられた。
QSI法は白質線維や筋線維発達において病理に近い構造情報の得られる可能性が示唆された。対象構造内での粒子拡散分布について、マイクロサイズの構造情報の抽出を行うQSIが制限拡散を評価する手法としての有効性が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
MRI-QSIシーケンスの最適条件を推定するためにMonte Carlo simulationを用いて水分子のシミュレーション計算を行い、計算の妥当性とその評価、解析より制限微細構造の推定を試み、成果を得つつある。
QSI基礎研究となるMRI-QSI用PHANTOMは、生体関連材料として注目されているPNIPAAm(ポリN-イソプロピルアクリルアミド)ハイドロゲルを主たるPHANTOM材料として採用し、材料設計した。PHANTOMの作成においては高分子重合法を用いて化学重合ゲル化させた。生体組織に近似させるためゲル化時の水分含有量を60-80％とヒト成人に近似させ、モノマーから重合反応を経て高分子ゲル化させた。PNIPAAmは網目構造を持ったゲルとして、網目の大きさはQSIが対象とするサイズに合致させることができたため、生体近似用PHANTOMとして臨床機での有用性が示唆された。
しかしQSI法を臨床により普及させるための基礎研究となる臨床機でのQSI PHANTOM実験の実施回数が臨床施設側の都合もあって期待するほど実施できなかった。そのため具体的な臨床機でのQSI 撮像条件の提示ができなかった。
また、臨床用機におけるマルチバンドEPI-QSIシーケンスの最適化にはノーマルボランテアでのｑ値収集データがまだ少なくまだ出来ていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
高磁場MRIの新しいシーケンスとしてQSI法および関連するマルチバンドEPI法を臨床応用するためにシーケンスの最適化を行いQSI法の最適化を図る。
PNIPAAm(ポリN-イソプロピルアクリルアミド)ハイドロゲルを主たるPHANTOM材料として採用し、材料設計によって、生体組織に近似させるためゲル化時の水分含有量をヒト成人に近似させ、モノマーから重合反応を経て高分子ゲル化させる。PNIPAAmゲルPHANTOMは網目構造を持ったゲル材として、網目の大きさをQSIが対象とするサイズ範囲に合致させ、QSI生体近似用PHANTOMとして利用を図る。
また、QSIでのDKI,kurtosis imagingの撮像シーケンスに反映させる。マルチバンドEPI-QSIシーケンスの最適化についてもPNIPAAmゲルPHANTOMを利用してデータ収集しQSI法の最適化に反映させる。さらにノーマルボランテアでのQSI撮像を実施してｑ値収集データを成分分けし多変量解析や高次曲線で近似する。さらに、QSIシーケンスの最適条件を推定するためMonte Carlo simulationを用いて水分子のシミュレーションを続行し制限微細構造の推定を試みていく。
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| Causes of Carryover |
研究成果については毎年度国際会議で発表していますが、当該年度において、国際会議の発表予定で海外で開催される国際会議に参加して発表するため、海外への出張旅費を計上していたが、海外での国際会議ではなく日本国内で開催される国際会議に発表の場を変更したので、予算の使用額に大きな差が生じてしまった。
次年度においては、研究成果については海外で開催される国際会議に発表する予定である。
物品費については、購入予定のコンピュータが予定額より高額となって、値引き交渉で一時購入を延期した。次年度は早急に購入する。
人件費については、研究協力者および研究補助者達が無償で、研究を支援して頂いた。次年度分として計上する。
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Research Products
(11 results)
