圧縮センシング画像再構成のためのリアルタイム磁場計測システムの開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25461820
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 浦山 慎一 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (10270729)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武田 和行 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (20379308) ; 森口 央基 駒澤大学, 公私立大学の部局等, 教授 (70296705)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: MRI / 圧縮センシング / 傾斜磁場

Research Abstract

本研究の目的は、撮像時間の大幅な短縮が可能と大きく期待されている圧縮センシング再構成法において、再構成アーティファクト軽減のため重要とされるK空間内での信号サンプリング軌道を、画像撮像時に同時に計測する高精度磁場計測システムを開発、その圧縮センシング撮像に適用し、有用性を評価することである。特にその基盤技術として、pick-upコイルを用い磁場変動を計測するもの(pick-upコイル型)と、小型NMRプローブを用い磁場強度を計測するもの(NMR型)の2種を検討する。
平成２５年度は、pick-upコイル型計測システムを設計し、開発、実証実験を行った。開発したpick-upコイルは、プラスチック基板上にエッチングによりスパイラル状の銅箔回路が7.5mm間隔で15個、プリントされた構造をしている。スパイラル形状の内径/外径はそれぞれ3mm/5mmで、1mm間隔で0.3mm幅のパターンが切ってある。各コイルは、長さ10mの銅縒り線によりデジタル電圧計（キーエンス社製NR-ST04）に接続され、ノートPCでUSB経由で信号を読み取る形式とした。その結果、本コイルでMRI装置のマグネット中心から約10cm離れた場所で最大10mV程度の電圧変化が測定でき、本研究が目指す計測系としては充分な信号強度であることが分かった。ただし一方で、コイルと電圧計を結ぶ銅線に縒り線を選んだものの、MRI装置の振動によるノイズの影響を受けていると疑われること、コイル面とXY平面とのずれが精度を低下させていること、など問題も生じた。
NMR型に関しては、平成26年度以降の開発計画であったが、複数回にわたり海外共同研究者との研究打合せを行った。特に大きな問題として、NMR受信コイルで使用している部材と計測対象との磁化率の差に起因するT2*値の短縮効果が、計測系の精度を大きく低下させる可能性が指摘された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Pick-upコイル型に関しては、計画通り、プロトタイプ計測系を設計、開発し、実証実験を行い、評価した。NMR型に関しては、当該年度内に問題点を議論する機会が複数得られたため、前倒しして、問題点の洗い出しを行った。

Strategy for Future Research Activity

今後は、pick-upコイル型に関しては、更に改良してその高精度化を目指し、NMR型に関しては、開発を開始し、実証実験を通してその精度を評価する。また圧縮センシングのプログラム開発を開始する。それぞれ詳細は以下の通り。
pick-upコイル型に関しては、平成２５年度の開発結果よりコイル形状そのものには問題が無いことが分かったが、電圧計の精度の限界を考慮すると、コイル間隔を大幅に広げることにより、高精度化を図ることが有効と考えられる。また、コイル面をMRI装置のXY平面に合わせる改良及び、銅縒り線の拾うノイズ対策も行う。
NMR型に関しては、プローブ部分の磁化率調整が重要であることが分かったため、今後はスペクトロメータ開発と共に、その問題解決に当たる。解決方法として、磁化率調整をするための部材の選択とその製作方法・実験方法の検討を行う。
圧縮センシングプログラミングは、C言語によるオフライン再構成システムを目指す。