2017 Fiscal Year Annual Research Report
情報理論に基づくタグパターンを用いた第２世代タギングMRI法の開発
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16H03167
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松田 哲也 京都大学, 情報学研究科, 教授 (00209561)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
天野 晃 立命館大学, 生命科学部, 教授 (60252491)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | MRI / タギングMRI / デジタル符号化 / パターン認識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、情報理論に基づいたタグパターンの設計を行い、従来とは異なるピクセルレベルの運動情報の検出を可能とする第２世代のタギングMRI法の開発・実証を目的に、理論的、実験的検討を行っている。タグパターンをデジタル符号列とみなす特許取得済みタギングMRI撮像法における複数回の撮影を要するという問題点に対し、符号列を空間的に拡張することにより１回の撮像で空間的デジタル符号パターンを付与する撮像法の実用化を目指している。
研究開発は1) 効率的な2次元のタグパターン配列の設計、2) 領域選択的MRI励起法による2次元タグパターンの実装、3) タグパターンの高速な自動検出法の確立、という3つの研究項目に分けて実施しているが、平成29年度までに、研究項目1), 3)については、①各画素に与えた符号の独立性、 ②タグの明暗部の比率という2つの条件に関する評価値を参照してタグパターンを設計するシミュレーション環境の構築、設計されたパターンに対応する検出ツールの作成を行い、①、②の条件に合致する複数のタグパターン候補を選定した。研究項目2)についても、SLR法と呼ばれる計算法に基づいて領域選択的MRI励起に用いるRFと傾斜磁場を算出するMATLABツールを作成し、選定したパターンに対応するRFと傾斜磁場の組み合わせを研究用MRI装置に実装できる実験環境を整えた。
このようなシミュレーションおよび実際の撮像環境の整備により様々なタグパターンを用いた撮像実験を繰り返すことが可能となったため、実際の撮像で生じるタグパターンの歪みや空間分布の不均一性について調査を行った。その結果、歪みや不均一性には当初より予想していたタグ形状の複雑さのみならず、タグパターンの方向や位置あるいは縦横比など、様々な要因が関与していることが明らかとなり、現在、歪みの低減に向けて各要因の特性の解明に取り組んでいる。
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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
本研究では、具体的な研究内容として、1) 効率的な2次元のタグパターン配列の設計、2) 領域選択的MRI励起法による2次元タグパターンの実装、3) タグパターンの高速な自動検出法の確立、という3つの研究項目に分けて研究を進める計画を立案している。
平成29年度には、上記の研究項目1)-3)の個別の研究開発から、各研究項目相互の関連性を考慮した統合的な研究段階に進めるよう計画しており、シミュレーションから研究用MRI装置を用いた実際の撮像に至るまでの一連の研究開発を統合的に実施可能な実験環境を予定通りに整備できた。
タグパターンの設計については、当初の計画ではタグパターンの回転や平行移動などは同一のものとして無視できると考えていたが、実際の撮像では異なる結果となる場合があることが明らかとなった。これは、研究が遅れる原因にもなり得るが、最適なタグパターンを探索するための自由度が増したと捉えることもでき、研究の進捗に対して有利となる可能性も高く、研究の進捗への影響は現時点では不明である。タグパターンの設計は、平成30年度も引き続いて実施する計画となっており、現時点では、研究の進捗に最も重要となる統合的な実験環境の整備ができ、順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、引き続きタグパターンの歪みや不均一性に関する実験的検討を行うが、シミュレーションから実際の撮像に至る1)-3)の3つの研究項目を統合的に実施する実験環境が整備され、撮像結果の解析のみならず、解析結果をタグパターンの設計にフィードバックすることも容易となったため、歪みや不均一性が低減するようタグパターンの改良を進める。これまでの撮像実験で、当初の予想とは異なり、画像とタグパターンの位置関係や方向などもタグの歪みに影響することが明らかとなっているため、これらの要素も考慮して撮像実験を行う予定である。また、本年度は雑音などの問題点についての検討も加え、シミュレーションおよび撮像実験を通じて雑音への対策も行う。研究項目3)のタグパターン検出法については、タグパターンを設計する際の符号の独立性という条件①で考慮してきたが、今年度は、タグパターンが決まれば自動的にテンプレートを生成するツールを開発するとともに、検出時の適合度を判定するために必要なパラメタの検討を進める。
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