2018 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撮像法において、複数回の撮影を必要とするため非効率的であるという問題点に対し、デジタル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の付与が可能な撮像法として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年度までにシミュレーションから実際の撮像およびタグの検出に至る1)-3)の3つの研究項目を統合的に実施する実験環境を整備し、平成30年度には検出精度の評価結果をタグパターンの設計にフィードバックすることによって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た。
タグの設計方針として平成29年度までに採用していた各画素に与える符号の独立性という提案方法の原理的な条件に加え、平成30年度にはシミュレーションによる検出精度の評価という実際的な設計基準を考慮することにより、効率の良い2次元タグパターンが得られた。研究用MRI装置に実装して行った静止ファントムを対象とする撮像実験でも、歪みや不均一性に関するシミュレーション実験の検討結果が有効に反映されており、撮像視野の辺縁部における歪みは残存するものの画像中央部では明瞭で均一性の高いタグが描出され、実用化が期待できるタグパターンが得られており、今後、運動ファントムを対象とした研究用MRI装置による撮像実験を進め、撮像対象の変位に関する計測精度の検証を予定している。
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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年度までにシミュレーションから実際の撮像およびタグの検出に至る1)-3)の3つの研究項目を統合的に実施する実験環境の整備を終え、平成30年度には様々なタグパターンについて歪みや空間分布の不均一性に関する検討を加えた。
研究当初の計画では、タグパターンの平行移動や90度、180度の回転は同一のものとして無視できると考えていたが、タグの生成と検出の際の精度をシミュレーションで評価できるようになり、様々なタグタグパターンについて検討を加えたところ、平行移動や回転させたパターンが必ずしも同一の評価値とはならない場合があることが判明した。そこで、各画素に与える符号の独立性という提案方法の原理的な条件に加え、平成30年度にはシミュレーションによる検出精度の評価という実際的な設計基準を考慮して網羅的にタグパターンを調査し、歪みや不均一性の低い2次元タグパターンを得ることができた。
このようにして得られたタグパターンを研究用MRI装置に実装し、静止ファントムを対象に撮像実験を行ったが、シミュレーション実験の検討結果が有効に反映されており、撮像視野の辺縁部における歪みは残存するものの画像中央部では明瞭で均一性の高いタグが描出された。雑音などの問題点を解決するという平成30年度の研究計画は、このように実用化が期待できるタグパターンが得られたことにより達成できており、研究は予定通り順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は研究の最終年度にあたるが、これまで当初の予定通り順調に研究が進展しており、本年度も計画の通りに運動ファントムを対象とした研究用MRI装置による撮像実験を進め、撮像対象の変位に関する計測精度の検証を行う。具体的には、シミュレーションによる検討結果から有効性が期待できる数種類のタグパターンを用いて、実際の撮像結果から運動情報の検出性能を定量的に示す予定である。
この検出性能に関する評価値は、本研究で提案しているピクセル単位の運動情報の検出が可能な第2世代タギングMRI法の基本性能と言え、これを定量的に示すことにより提案手法の実用化に向けた研究成果となると考えられる。撮像の際の実験環境、対象とする運動の特徴などによって、この基本性能が最も高いタグパターンが異なる可能性もあるため、様々な状況のもとで撮像実験を行い、代表的なタグパターンとそれぞれの検出能の定量的指標を示す予定である。
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Research Products
(17 results)
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[Presentation] Significance of cell-specific precise computer simulation using new mathematical models of human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocyte in drug testing2018
Author(s)
Hirohiko Kohjitani, Shigeya Kouda, Yukiko Himeno, Takeru Makiyama, Fumika Yokoi, Sayako Hirose, Yimin Wuriyanghai, Yuta Yamamoto, Minoru Horie, Takeshi Kimura, Akinori Noma, Akira Amano
Organizer
European Society of Cardiology Congress 2018 (ESC2018)
Int'l Joint Research
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