2022 Fiscal Year Annual Research Report
Quantitative Mapping of Electromagnetic Properties of Biological Tissues Using MRI
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21K20424
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
伏見 幹史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (50907938)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | MRI / 導電率 / 誘電率 / 逆問題 / 定量画像化 / 磁化率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、病変部位の診断や生体加熱の評価に有用な、生体組織の電気特性（導電率・誘電率）や磁気特性（磁化率）分布をMRI測定を元にマッピングするものである。2022年度は、磁気特性再構成のためのシーケンス選定やコイル設計に取り組んだ。小動物用7T MRI装置を用いて、撮像パラメータを変えながら磁性ナノ粒子を含んだサンプルに対する測定を行い、必要な感度、分解能、計測時間を定めた。撮像シーケンスとしては、磁性ナノ粒子のT2短縮作用を捉える3D T2強調Spin echo法が適していることを確認した。さらに、逆問題解析技術を用いて関心領域から一様なシグナルを受信するためのMRI受信コイルの巻き線形状を設計した。数値シミュレーションにより、関心領域内外での磁場強度比が39%向上し、関心領域内の磁場均一性が11%向上することが確認された。設計されたコイル形状をもとに試作機を製作し、小動物用 7T高磁場MRI装置と接続してファントム撮像を行った。以上の成果は国際会議(INTERMAG 2023)に採択済みである。
また、本研究が対象とする電磁気特性再構成のための数理手法について、適切な拡張を行うことで機械特性（弾性率・粘性率）にも応用可能なことを見出し、新たな手法として提案した。具体的にはベクトル場である電磁場からテンソル場である応力・歪み場へ理論を拡張することで機械特性再構成を実現した。以上の成果は論文誌(Measurement: Sensors)に採録済みである。
以上、研究期間全体を通して、これまで数理手法の構築を行ってきた電磁気特性再構成のモダリティに対し、撮像シーケンスや受信コイル設計の最適化を進め、実際のMRI装置に実装することで、実用化に向けて大きく前進させることができた。加えて、これまでに構築した数理手法を新たに機械特性再構成にも有効なものに拡張することができた。
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