2022 Fiscal Year Research-status Report
Development and evaluation of the respiratory gated PET imaging to optimise various respiratory waveform using deep learning
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22K18234
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| Research Institution | Japanese Foundation for Cancer Research |
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Principal Investigator |
宮司 典明 公益財団法人がん研究会, 有明病院 画像診断センター核医学チーム, 診療放射線技師 (40903167)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | PET / lung cancer / data-driven / respiratory gating / respiratory motion / image artifact |
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| Outline of Annual Research Achievements |
陽電子放出断層撮像（PET）は肺がんの治療方針決定に役立つ画像診断として推奨されている。データ駆動型呼吸同期PET撮像（DDG）は呼吸性移動の影響を補正するため、肺がんの原発巣やリンパ節転移などの微小病変の早期発見に期待されている。しかしながら、DDGは患者の不規則な呼吸波形に応じた補正はされていない。PET画像の画質や定量性を担保するためには、患者個々の異なる呼吸波形や体型に適応する手法の確立が必要不可欠である。本研究の目的はDDGで推定された各患者の呼吸波形から安定したPET画像を得るための最適化手法を構築することである。本研究では主成分分析法を利用したDDGを使用し、呼吸波形の違いおよび体格による違いがPET画像の微小病変の描出能や定量値に与える影響と最適パラメータによる改善効果を明らかにした。呼吸波形は正常な動き（正弦波または呼気休止波形）および不規則な動き（振幅の変化またはベースライン波形のシフト）の４つのタイプに分類し、呼吸波形ごとに最適なPETデータ抽出パラメータを決定した。また、大きさの異なる体幹部ファントム（それぞれ体重60, 80, 100kgの日本人患者の腹部を模擬）を使用することで体格の違いによるノイズ量の変化を考慮した最適な抽出パラメータ30%を決定した。その結果、呼吸波形や体型によらず最適パラメータを用いることで従来パラメータに比べて、PET画像の画質・定量性が向上した。本申請研究が確立されることによって、肺がんの早期発見や経過観察の評価指標、鑑別診断精度の向上に寄与することが期待される。
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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
４つの呼吸波形の違いによるDDGの画質・定量評価は体幹部ファントムを用いて検証した（論文投稿中）。呼気休止波形を除くすべてのRecovery Coefficientは、静止画像よりも低い値を示した。改善率は，正常よりも不規則な動きでより低下した。PET画像の放射能濃度は、正常な動きに対してベースライン波形で有意に異なった。呼吸に応じたパラメータの最適化はベースライン波形でより効果が期待できる。また、体格による違いは大きさの異なる3種類のファントムを用いて正常な動きに対するDDGの画質・定量評価をおこなった（欧州核医学会2022口述発表）。PETデータ抽出パラメータを30％にすることで、すべてのファントム病変に対して、日本のガイドライン基準でより許容できる検出性と定量的精度を提供することが示された。DDGのパラメータは患者の体型に合わせて自施設で最適化する必要が示唆された。以上のように国内外の関連学会において、成果発表を行うことができた。研究実施計画を着実に進展させ、新たな知見も得られており、当初の研究実施計画に対しておおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度の研究活動がおおむね順調に進展したことを受けて、2023年度以降も基本的には交付申請書の研究実施計画に即して研究を進めることを推進方法とする。すなわち、研究計画は（1）最適パラメータ算出ツールの開発、（2）開発したツールの妥当性の検証、以上からなる。（1）については前年度の研究計画を継続して発展させ、最適パラメータの自動算出方法を確立する。（2）ファントム評価においては体幹部ファントムだけでなく、呼吸運動がより大きな横隔膜境界の動きについて検証を進め、臨床評価ではDDGを施行した肺がん症例を対象として従来画像と最適化した画像の違いを明らかにする。以上の得られた知見を基にして自動算出ツールをMATLAB上で作成する。また、得られた結果を取り纏め、関連学会の学術大会及び主要学術雑誌において研究成果の発表を行う。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍のため、調査のための国内外学会に参加する機会が限られており、繰越が発生した。
投稿中の論文が当初予定していた論文誌に掲載ができなかったために、オープンアクセス費用を翌年度分として請求した。
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