2018 Fiscal Year Annual Research Report
Quantitative Reconstruction of Electrical Properties and Proton Density of Human Body Using MRI
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18J21876
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伏見 幹史 東京大学, 情報理工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | MRI / 電気特性 / 三次元モデル / 境界条件 / 解剖モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，がん部位の診断や生体加熱の評価に有用な，人体組織の電気特性（導電率・誘電率）分布をMRI画像から再構成するものである。2018年度は主に以下の点について取り組んだ。
第一に，これまで体の軸方向には一様な電気特性文法を持った二次元的な対象に対して有効な再構成手法を提案してきたが、これを一般の三次元的なモデルに適用可能とするための反復手法を提案・実装した。以上の内容に関して，2019年5月の国際会議での発表が決定していることに加え，現在論文誌への投稿を進めている。
第二に，数値シミュレーションの対象とするファントムを楕円形のモデルから，実際の人体から作成された解剖モデルへ変更した。現在は一人分のモデルに対して計算を行ったところであるが，同様の形式のモデルが複数の被験者に対して用意されているので，複数のモデルに対して再構成手法を適用し，結果の精度がどの程度保たれるか等の検討を行う必要があると考える。
第三に，従来の提案手法では事前情報として必要だった関心領域境界上での電気特性分布が不要な再構成手法について考察を進めた。以上の結果について，2018年6月と2019年3月の国際会議にて発表を行った。2019年3月に行われた国際会議では，MRIを用いた電気特性再構成に取り組んでいる研究者と議論を行い，競合する他の手法と比較した提案手法の位置づけについて確認した。また，MRI撮像の手法やシーケンスについて情報交換を行うことができたため，今後実計測を行いそのデータに対して再構成手法の適用を進める準備を行うための有用な機会となった。
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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
第一に行った，提案手法の三次元的なモデルへの拡張手法は，本研究の臨床への実用化を進めるうえで重要な点であると考える。本手法をCTの分野で標準的に用いられる楕円形のShepp-Loganファントムに対する数値シミュレーションデータ，および食塩水で作成した円筒形ファントムに対する実計測データに対して本手法の有効性を確認することができた。以上の内容に関して，2019年5月の国際会議での発表が決定していることに加え，現在論文誌への投稿を進めている。
第二に行った，実際の人体から作成された解剖モデルへの変更により，人体構造に基づいたより実際的なモデルに対する手法の有効性の検証が可能となった。
第三に行った，従来の提案手法では事前情報として必要だった関心領域境界上での電気特性分布が不要な再構成手法について，2018年6月と2019年3月の国際会議にて発表を行った。2019年3月に行われた国際会議では，MRIを用いた電気特性再構成に取り組んでいる研究者と議論を行い，競合する他の手法と比較した提案手法の位置づけについて確認したことに加え，MRI撮像の手法やシーケンスについて情報交換を行うことができたため，今後実計測を行いそのデータに対して再構成手法の適用を進める準備を行うための有用な機会となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに，CTの分野で標準的に用いられる楕円形のShepp-Loganファントムに対する数値シミュレーションデータ，および食塩水で作成した円筒形ファントムに対する実計測データに対して提案手法の有効性を確認した。さらに，実際の人体から作成された解剖モデルを導入し，人体構造に基づいたより実際的なモデルに対する手法の有効性の検証が可能となった．現在は一人分のモデルに対して計算を行ったところであるが，同様の形式のモデルが複数の被験者に対して用意されているので，複数のモデルに対して再構成手法を適用し，結果の精度がどの程度保たれるか等の検討を行う必要があると考える．また解剖モデルの導入により，第一点目に述べた反復手法に関して，これまでの楕円形モデルでは生じなかった再構成の不安定性が明らかになったため，現状は不安定領域の直接再構成手法と，不安定領域を除いた部分に対する反復修正法を組み合わせることを考えている。不安定領域を含めた反復修正法の構築は今後の課題であり，2018年8月の国際会議で発表を行った，高誘電体パッドを用いて不安定領域を移動させる手法や正則化手法と合わせて検討していく予定である。
また，今後は実計測を行いそのデータに対して再構成手法の適用を進めて行く方針である。
日本学術振興会若手研究者挑戦プログラムに採用され，一年間米国コーネル大学を拠点に研究を行うことになった。受け入れ研究室は複数のMRI装置が利用可能であり，生体組織やファントムの撮像が可能である．また，工学系に加え医学系の研究者も集まる環境を生かし，適切なフィードバックの元，より臨床への応用に即した研究を進める方針である。人体を対象とした計測も複数行う方策である。
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