スパース性を利用した体幹部呼吸性体動の高速４次元MRイメージング

• Project Area: Initiative for High-Dimensional Data-Driven Science through Deepening of Sparse Modeling
• Project/Area Number: 26120505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 羽石 秀昭 千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (20228521)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2014: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 4D-MRI / 圧縮センシング / 画像再構成 / スパース性 / 低ランク構造 / L+S行列分離 / 呼吸性体動 / ＭＲＩ / 低ランク / L+S

Outline of Annual Research Achievements

われわれはこれまでに交差プロファイル法と呼ぶ4D-MRIの再構成法を提案してきた．4D-MRIにより胸部の呼吸性移動を3次元空間と時間空間で可視化，定量化することができる．交差プロファイル法では，各データスライス(DS)あたり約20周期の呼吸の取得が必要となり，3次元情報を取得するのに20～30のDSの撮影を行う必要がある．結果として全データの収集に30分間程度要することになり，このことが実用化に向けて課題のひとつとなっていた．本研究では撮像時間の短縮とそれに伴う画質劣化への対策を研究目的とした．全体の収集時間を短くするために，１スライスあたりのエンコード数を減らし，複数スライスを高速に切り替えながらデータ収集を行うスライスインターリーブ撮像を導入することを前提とした．さらに，この際の画質劣化の問題に対して，スパースモデルを用いた高画質再構成を行う．エンコード数不足による劣化を抑制するため，L+S分解と呼ばれる，動画像を低ランク成分とスパース成分に分解するロバスト主成分分析の方法をMR再構成に適用して4次元再構成を行った．1/3の収集時間を想定したシミュレーション実験を実行した．得られた画像に対し，4次元画像でのRMSEや最大値投影法での視覚的評価など多面的な評価を行った．この結果，提案法によって，少ないデータ数からでも劣化の少ない再構成が行われることが確認された．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] スパース性を利用した体幹部呼吸性体動の高速４次元MRイメージング (2016)
  • Author(s): 羽石 秀昭，北上 侑乃丞，大西 峻
  • Organizer: 科学研究費補助金新学術領域研究「スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成」2015年度公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸大学（神戸市）
  • Year and Date: 2016-03-07
• [Presentation] 4D-MRI reconstruction using Low-Rank and Sparse matrix decomposition (2015)
  • Author(s): Yukinojo Kitakami, Takashi Ohnishi, Hideaki Haneishi
  • Organizer: International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science” (HD3-2015)
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Enhanced Angiography Under Natural Respiration Using Robust Principal Component Analysis (2015)
  • Author(s): Yuri Kokura, Yukinojo Kitakami, Takashi Ohnishi, Hideaki Haneishi
  • Organizer: International Meeting on “High-Dimensional Data Driven Science” (HD3-2015)
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ロバスト主成分分析を用いた血管造影像の強調 (2015)
  • Author(s): 小倉優理, 北上侑乃丞, 加藤英幸, 大岡美彦, 大西峻, 羽石秀昭
  • Organizer: 第34回 日本医用画像工学会大会
  • Place of Presentation: 金沢歌劇座（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-07-30
• [Presentation] L+S行列分離を利用した4次元MRIスパース再構成 (2015)
  • Author(s): 北上侑乃丞，大西峻，桝田喜正，松本浩史，羽石秀昭
  • Organizer: メディカルイメージング連合フォーラム2015
  • Place of Presentation: 石垣島
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-03
• [Presentation] スパースモデリングを利用した高速4D-MRI再構成 (2015)
  • Author(s): 北上侑乃丞，大西峻，桝田喜正，松本浩史，羽石秀昭
  • Organizer: 第7回 呼吸機能イメージング研究会学術集会
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学
  • Year and Date: 2015-02-07 – 2015-02-08
• [Presentation] スパース性を利用した体幹部呼吸性体動の高速4次元MRイメージング (2014)
  • Author(s): 羽石秀昭，北上侑乃丞，大西峻
  • Organizer: 文部科学省 科学研究費補助金 新学術領域研究「スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成」２０１４年度公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学すずかけ台キャンパス
  • Year and Date: 2014-12-14 – 2014-12-17
• [Presentation] Reconstruction Method by Using and Low-Rank structures for Fast 4D-MRI Acquisition (2014)
  • Author(s): Y. Kitakami, T. Ohnishi, Y. Masuda, K. Matsumoto, H. Haneishi
  • Organizer: 6th Medical Image Computing and Computer Assisted Interventions(MICCAI) Workshop on Abdominal Imaging
  • Place of Presentation: Cambridge, Massachusetts, USA
  • Year and Date: 2014-09-14