Creation of appropriate contrast-weighting and analysis of brain diseases by synthetic and quantitative MRI

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K19852
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 萩原 彰文 順天堂大学, 医学部, 非常勤助手 (20768535)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: Synthetic MRI / myelin imaging / 多発性硬化症 / deep learning

Outline of Annual Research Achievements

①Synthetic MRIで得られるミエリンマップについて、造影後に計算上ミエリンが上昇して見える現象を見いだし、AJNRに報告、出版された。ミエリンマップは本手法を含めて多数あるが、造影剤の影響を検討した報告は本研究が初である。
②Synthetic MRIでは様々なコントラスト強調像を作成できるが、FLAIRに関しては従来法よりも画質が低くアーチファクトも多いため、Synthetic MRIの臨床導入の障壁となっていた。今回、Deep learningにてSynthetic FLAIRの画質を向上させることに成功し、AJNRに報告、出版された。Pixel-by-pixelな関数を設定することにより、Deep learningによる画像生成において問題となる偽像を生成しないというのが本研究で用いた手法の特徴である。
③Synthetic MRIとNODDIを用いて多発性硬化症患者の白質障害を健常者と比較することで検討した。結果として、ミエリンマップはFAとは異なる障害分布を示しており、白質障害の検出において相補的な情報を提供可能と考えられた。また、軸索マップでは有意差はみられず、多発性硬化症は脱髄がメインの病態であることを支持する結果であった。本研究結果は2019年2月の神経放射線学会において発表した。現在論文準備中。
④本年度は3D synthetic MRIを導入した。2D synthetic MRIよりも分解能が高く多断面での検証を可能とするため、研究面でも価値があり臨床導入もしやすくなると考えられる。従来法3D T1強調像と皮質厚測定・皮質下容積測定を行った結果を比較し、同等であり、再現性も高いことを見いだした。本研究結果はJMRIに報告、出版された。今後はcompressed sensingにより高速撮像を行い、さらなる検証を行う。

Research Products

• [Journal Article] Review of synthetic MRI in pediatric brains: Basic principle of MR quantification, its features, clinical applications, and limitations (2019)
  • Author(s): Andica Christina、Hagiwara Akifumi、Hori Masaaki、Kamagata Koji、Koshino Saori、Maekawa Tomoko、Suzuki Michimasa、Fujiwara Hirokazu、Ikeno Mitsuru、Shimizu Toshiaki、Suzuki Hiroharu、Sugano Hidenori、Arai Hajime、Aoki Shigeki
  • Journal Title: Journal of Neuroradiology Volume: Epub ahead of print Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.neurad.2019.02.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Gadolinium on the Estimation of Myelin and Brain Tissue Volumes Based on Quantitative Synthetic MRI (2019)
  • Author(s): Maekawa T.、Hagiwara A.、Hori M.、Andica C.、Haruyama T.、Kuramochi M.、Nakazawa M.、Koshino S.、Irie R.、Kamagata K.、Wada A.、Abe O.、Aoki S.
  • Journal Title: American Journal of Neuroradiology Volume: 40 Pages: 231～237
  • DOI: 10.3174/ajnr.A5921
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Improving the Quality of Synthetic FLAIR Images with Deep Learning Using a Conditional Generative Adversarial Network for Pixel-by-Pixel Image Translation (2019)
  • Author(s): Hagiwara A.、Otsuka Y.、Hori M.、Tachibana Y.、Yokoyama K.、Fujita S.、Andica C.、Kamagata K.、Irie R.、Koshino S.、Maekawa T.、Chougar L.、Wada A.、Takemura M.Y.、Hattori N.、Aoki S.
  • Journal Title: American Journal of Neuroradiology Volume: 40 Pages: 224～230
  • DOI: 10.3174/ajnr.A5927
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 3D quantitative synthetic MRI‐derived cortical thickness and subcortical brain volumes: Scan?rescan repeatability and comparison with conventional T 1 ‐weighted images (2019)
  • Author(s): Fujita Shohei、Hagiwara Akifumi、Hori Masaaki、Warntjes Marcel、Kamagata Koji、Fukunaga Issei、Goto Masami、Takuya Haruyama、Takasu Kohei、Andica Christina、Maekawa Tomoko、Takemura Mariko Yoshida、Irie Ryusuke、Wada Akihiko、Suzuki Michimasa、Aoki Shigeki
  • Journal Title: Journal of Magnetic Resonance Imaging Volume: Epub ahead of print Pages: 1-9
  • DOI: 10.1002/jmri.26744
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Myelin Measurement: Comparison Between Simultaneous Tissue Relaxometry, Magnetization Transfer Saturation Index, and T1w/T2w Ratio Methods (2018)
  • Author(s): Hagiwara Akifumi、Hori Masaaki、Kamagata Koji、Warntjes Marcel、Matsuyoshi Daisuke、Nakazawa Misaki、Ueda Ryo、Andica Christina、Koshino Saori、Maekawa Tomoko、Irie Ryusuke、Takamura Tomohiro、Kumamaru Kanako Kunishima、Abe Osamu、Aoki Shigeki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28852-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Linearity, Bias, Intrascanner Repeatability, and Interscanner Reproducibility of Quantitative Multidynamic Multiecho Sequence for Rapid Simultaneous Relaxometry at 3 T (2018)
  • Author(s): Hagiwara Akifumi、Hori Masaaki、Cohen-Adad Julien、Nakazawa Misaki、Suzuki Yuichi、Kasahara Akihiro、Horita Moeko、Haruyama Takuya、Andica Christina、Maekawa Tomoko、Kamagata Koji、Kumamaru Kanako Kunishima、Abe Osamu、Aoki Shigeki
  • Journal Title: Investigative Radiology Volume: 54 Pages: 39-47
  • DOI: 10.1097/RLI.0000000000000510
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] White Matter Analysis of Multiple Sclerosis with Quantitative Synthetic MRI and Neurite Orientation Dispersion and Density Imaging (2019)
  • Author(s): Akifumi Hagiwara, Koji Kamagata, Masaaki Hori, Christina Andica, Mana Kuramochi, Mariko Yoshida Takemura, Osamu Abe, Shigeki Aoki
  • Organizer: 7th International Congress on Magnetic Resonance Imaging (ICMRI 2019) and 24th Scientific Meeting of KSMRM
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brain volumetry and myelin estimation derived from synthetic MRI with various in-plane resolutions at 3 T (2019)
  • Author(s): A. Hagiwara, M. Hori, Y. Ozaki, T. Maekawa, C. Andica, M. Horita, S. Fujita, S. Aoki
  • Organizer: European Congress of Radiology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多発性硬化症患者のSynthetic MRIとNODDIによる白質障害の評価：TBSS解析 (2019)
  • Author(s): 萩原 彰文、鎌形康司、堀 正明、横山和正、クリスティナ アンディカ、竹村（吉田）茉莉子、前川朋子、藤田翔平、入江隆介、和田昭彦、阿部 修、青木 茂樹
  • Organizer: 第48回日本神経放射線学会
• [Presentation] Synthetic MRIの基礎と応用 (2018)
  • Author(s): 萩原彰文
  • Organizer: 日本磁気共鳴医学会 第22回MR実践講座「新技術の臨床応用」
  • Invited
• [Presentation] SyMRIで得られる定量値の標準化と、新しい3D SyMRIでの初期経験 (2018)
  • Author(s): 萩原彰文
  • Organizer: 第46回日本磁気共鳴医学会大会 プロジェクト研究「QRAPMASTER(SyMRI)で得られる定量値の多施設間での標準化に関する検討」
  • Invited
• [Presentation] Conditional Generative Adversarial Network（cGAN）を使用した深層学習によるSynthetic FLAIRの画質向上 (2018)
  • Author(s): Akifumi Hagiwara, Yujiro Otsuka, Masaaki Hori, Shohei Fujita, Koji Kamagata, Ryusuke Irie, Tomoko Maekawa, Christina Andica, Akihiko Wada, Moeko Horita, Takuya Haruyama, Osamu Abe, Shigeki Aoki
  • Organizer: 第46回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] 人工知能のココが知りたい！セッション-AI画像診断:QIBAの視点から (2018)
  • Author(s): 萩原彰文
  • Organizer: JCRミッドサマーセミナー2018 (日本放射線科専門医会・医会)
  • Invited
• [Presentation] Rapid Myelin Measurement: Comparison Between SyMRI (Simultaneous Tissue Relaxometry), Magnetization Transfer Saturation Index, and T1w/T2w Ratio Methods (2018)
  • Author(s): Akifumi Hagiwara, Masaaki Hori, Koji Kamagata, Misaki Nakazawa, Christina Andica, Tomoko Maekawa, Saori Koshino, Ryusuke Irie, Lydia Chougar, Osamu Abe, Shigeki Aoki
  • Organizer: 26th ISMRM International Society for Magnetic Resonance in Medicine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthetic MRIによる定量評価の可能性 (2018)
  • Author(s): 萩原彰文
  • Organizer: The Future of Quantitative MRI
  • Invited
• [Presentation] 定量画像の標準化：Quantitative Imaging Biomarker Alliance（QIBA）の最新情報―Recent advances of J-QIBA activities in CT and MRI, with emphasis on synthetic MRI (2018)
  • Author(s): 萩原彰文
  • Organizer: 第77回日本医学放射線学会総会
  • Invited