2022 Fiscal Year Annual Research Report
マルチモダリティ医用画像に基づく循環器系力学場の患者別推定のための数理基盤の構築
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21K18037
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
大谷 智仁 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 講師 (40778990)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 4D flow MRI / 変分最適制御 / データ同化 / 血液流動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2年の研究期間内において，生体流れのMRI計測速度情報に含まれる系統的アーチファクトの除去および，計測速度場と数値流体計算とのデータ同化手法の開発に成功し，医用画像計測情報に基づく生体力学場の理解のための基盤構築を達成した．以下に各内容の概要を述べる．
低速流れのMRI計測では，高い磁場勾配の設定に伴い機器に生じる渦電流により，速度場にオフセットが生じる．このオフセットの自動除去アルゴリズムを考え，計測領域中において速度がゼロと考えられる領域のみを抽出し，ロバスト回帰を用いた多項式回帰により，渦電流の空間分布を連続関数として取得し，計測速度場を補正することに成功した．
MRI計測により得られる速度情報について，力学的保存則に基づく補正および高解像度化を考え，数値流体計算とのデータ同化手法を構築した．流体の質量および運動量保存則を拘束条件として用い，計測速度場と数値流体計算の速度場との二乗誤差の最小化問題を考え，随伴変数法により，誤差最小となる境界条件を決定するフレームワークを構築した．
さらに，医用画像計測に基づく循環器血流場のアプリケーションとして，4DCT計測に基づく左心房血流の患者個別解析から，肺葉塞栓がもたらす左心房内血流の変化を初めて明らかにした．肺がんに対する外科手術である肺葉切除の際，左心房内での血栓形成，ひいては脳梗塞の発症がまれに生じることが知られているが，このメカニズムは多くが未解明な状態にあった．そこで，4DCT画像に基づく左心房内血流の患者別解析により，肺葉切除前後における左心房内の血流動態の変化を調べた．結果として，術前術後において左心房内血流の流動特性が大きく変化し，肺葉切除に伴う肺静脈の塞栓および，左心房形状の変化に伴い．血流の流動効率の低下が生じることを明らかにした．
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