2021 Fiscal Year Research-status Report
Quantitative evaluation of blood circulation by deep learning in short time DCE-MRI
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20K08041
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
生駒 洋子 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 分子イメージング診断治療研究部, 主幹研究員 (60339687)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小畠 隆行 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学合研究所 分子イメージング診断治療研究部, 次長 (00285107)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ダイナミック造影MRI / 血行動態 / 薬物動態解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイナミック造影MRIは、対象組織における造影剤の濃度変化を画像化することで、血管新生により変化する腫瘍の血行動態を定量的に評価することができる。T2強調画像などで見られる解剖学的変化とは異なり機能的な変化を評価できるため、腫瘍の診断能向上や予後予測に役立つものと期待される。しかし、ダイナミック画像から血行動態パラメータを得るには時系列データに対するコンパートメントモデルを用いた薬物動態学的解析が必要であり、血中造影剤濃度の時間曲線（血液入力関数）や高時間分解能、長時間の連続撮像が求められることから、臨床画像診断での活用度は低い。そこで本研究では、機械学習の手法も取り入れ、短時間、低時間分解能の造影MRI撮像データから腫瘍の血行動態を簡便、高精度に定量評価する手法を検討する。
令和3年度は、昨年度に引き続きコンピュータシミュレーションを行い、薬物動態学的解析に用いられるコンパートメントモデルの各パラメータ（血行動態パラメータ）の変化が造影剤濃度の時間変化に与える影響を調べた。このシミュレーションデータを用い、時間濃度曲線の形状からコンパートメントモデル解析を行わずに血行動態パラメータの変化を検出するための簡易指標も新たに提案し、その推定精度を評価した。その結果、低時間分解能の臨床データにおいても、簡易指標の値は血行動態パラメータ値と良い相関を示し、血行動態パラメータが上昇した腫瘍領域を検出することができた。さらに、臨床データにおいて、教師信号なしクラスタリングを用い、簡易指標と解剖学的情報から参照領域である筋肉や腫瘍部位を領域分割する手法を検討した。
次年度は、機械学習の手法をさらに取り入れ、参照領域や腫瘍部位の自動抽出法を改良するとともに、血行動態パラメータの定量精度の向上を目指し定量法の改良も進める予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
臨床データに関する解析、学会等での情報収集やディスカッションは予定よりやや遅れているが、コンピュータシミュレーションによる解析法の検討は順調に進んでいる。今後は臨床データの症例数を増やし、シミュレーションにより検討した手法の評価と改良を行っていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は、ダイナミック造影MRIおよび解剖学的画像を用いた筋肉、正常部位、腫瘍部位等の領域分割において、深層学習等の新たな機械学習手法を用い、より簡便・高精度な方法を検討する。さらに、薬物動態学的解析による血行動態の定量評価においても、血液入力関数を用いない簡便法の更なる改良を試みる。
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| Causes of Carryover |
数値計算、画像処理に必要なPC、ソフトウェア等の購入を予定していたが、令和3年度はシミュレーションデータの解析が中心であったため、臨床画像の大規模データ解析に必要な設備の購入は最小限に留めた。これらソフトウェアを用いた解析を次年度も引き続き行うこと、また臨床データの解析を進めるにつれて必要なソフトウェア等も増えてくることから、その際に最新バージョンのソフトウェアや必要な設備を追加で購入する。また、今年度は学会、研究会等が現地開催ではなくWEB開催となり旅費の支出が抑えられたが、次年度以降は学会等での情報収集、成果発表等も行う予定である。
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