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深層学習を用いた高精度ノイズ除去技術の脳画像研究への応用

研究課題

研究課題/領域番号 18K07712
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分52040:放射線科学関連
研究機関京都大学

研究代表者

大石 直也  京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (40526878)

研究分担者 藤原 宏志  京都大学, 情報学研究科, 准教授 (00362583)
鈴木 崇士  京都大学, 医学研究科, 特定助教 (10572224)
杉原 玄一  京都大学, 医学研究科, 助教 (70402261)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード深層学習 / MRI / 脳 / 精神神経疾患 / ノイズ除去 / GPGPU / 医用画像工学
研究成果の概要

脳画像研究における信号雑音比をさらに向上させるため、申請者は脳MRIに対するノイズ除去性能が高い深層学習ベースの高精度ノイズ除去アルゴリズムを開発した。小動物については、精神疾患モデルラットの形態MRIにおけるノイズ除去の有用性を明らかにした。さらに、本手法を応用することで精神神経疾患患者の予後予測性能を向上させることに成功した。このように、基礎・臨床応用ともに今回開発した深層学習ベースの高精度ノイズ除去アルゴリズムの有用性を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

柔軟性・拡張性の高い深層学習ベースのノイズ除去アルゴリズムを新規に開発し、精神疾患モデルラットの形態MRIに応用することで従来検出しえなかった微小領域の変化を捉えることに成功した点は学術的意義が高いと考えられる。また、本手法を拡張することでMRIから縮約された情報を抽出させ、精神神経疾患患者の予後予測性能向上を果たした点は将来的な臨床応用という観点で社会的意義も高い。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 1件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 17件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 15件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Autistic traits are associated with the functional connectivity of between?but not within?attention systems in the general population2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshimura Sayaka、Kobayashi Kei、Ueno Tsukasa、Miyagi Takashi、Oishi Naoya、Murai Toshiya、Fujiwara Hironobu
    • 雑誌名

      BMC Neuroscience

      巻: 21 号: 1 ページ: 49-49

    • DOI

      10.1186/s12868-020-00603-2

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Intact in vivo visualization of telencephalic microvasculature in medaka using optical coherence tomography2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Takashi、Ueno Tomohiro、Oishi Naoya、Fukuyama Hidenao
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 19831-19831

    • DOI

      10.1038/s41598-020-76468-6

    • NAID

      120006898162

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] <p>Spatial Patterns of Amyloid Deposition in Patients with Chronic Focal or Diffuse Traumatic Brain Injury Using <sup>18</sup>F-FPYBF-2 PET</p>2020

    • 著者名/発表者名
      Ubukata Shiho、Oishi Naoya、Higashi Tatsuya、Kagawa Shinya、Yamauchi Hiroshi、Okuyama Chio、Watanabe Hiroyuki、Ono Masahiro、Saji Hideo、Aso Toshihiko、Murai Toshiya、Ueda Keita
    • 雑誌名

      Neuropsychiatric Disease and Treatment

      巻: Volume 16 ページ: 2719-2732

    • DOI

      10.2147/ndt.s268504

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Psychological resilience is correlated with dynamic changes in functional connectivity within the default mode network during a cognitive task2020

    • 著者名/発表者名
      Miyagi Takashi、Oishi Naoya、Kobayashi Kei、Ueno Tsukasa、Yoshimura Sayaka、Murai Toshiya、Fujiwara Hironobu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 17760-17760

    • DOI

      10.1038/s41598-020-74283-7

    • NAID

      120007006217

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Relationship between media multitasking and functional connectivity in the dorsal attention network2020

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Kei、Oishi Naoya、Yoshimura Sayaka、Ueno Tsukasa、Miyagi Takashi、Murai Toshiya、Fujiwara Hironobu
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 17992-17992

    • DOI

      10.1038/s41598-020-75091-9

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deep learning-derived high-level neuroimaging features predict clinical outcomes for large vessel occlusion2020

    • 著者名/発表者名
      Nishi H, *Oishi N, Ishii A, Ono I, Ogura T, Sunohara T, Chihara H, Fukumitsu R, Okawa M, Yamana N, Imamura H, Sadamasa N, Hatano T, Nakahara I, Sakai N, Miyamoto S
    • 雑誌名

      Stroke

      巻: 51 号: 5 ページ: 1484-1492

    • DOI

      10.1161/strokeaha.119.028101

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 境界積分によるX線計算機断層撮影法の正則化2020

    • 著者名/発表者名
      *藤原宏志、大石直也
    • 雑誌名

      計算数理工学論文集(JASCOME)

      巻: 20 ページ: 04-201219

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Misery perfusion and amyloid deposition in atherosclerotic major cerebral artery disease2019

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Hiroshi、Kagawa Shinya、Takahashi Masaaki、Oishi Naoya、Ono Masahiro、Higashi Tatsuya
    • 雑誌名

      NeuroImage: Clinical

      巻: 22 ページ: 101762-101762

    • DOI

      10.1016/j.nicl.2019.101762

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Martial arts “Kendo” and the motivation network during attention processing: an fMRI study2019

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara H, Ueno T, Yoshimura S, Kobayashi K, Miyagi T, Oishi N, Murai T
    • 雑誌名

      Front. Hum. Neurosci.

      巻: 13 ページ: 170-170

    • DOI

      10.3389/fnhum.2019.00170

    • NAID

      120006773155

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Predicting clinical outcomes of large vessel occlusion before mechanical thrombectomy using machine learning2019

    • 著者名/発表者名
      Nishi H, Oishi N, Ishii A, Ono I, Ogura T, Sunohara T, Chihara H, Fukumitsu R, Okawa M, Yamana N, Imamura H, Sadamasa N, Hatano T, Nakahara I, Sakai N, Miyamoto S
    • 雑誌名

      Stroke

      巻: 50 ページ: 2379-2388

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nigrostriatal Dopaminergic Dysfunction And Altered Functional Connectivity In REM Sleep Behaviour Disorder With Mild Motor Impairment2019

    • 著者名/発表者名
      Yamada G, Ueki Y, Oishi N, Oguri T, Fukui A, Nakayama M, Kandori A, Sano Y, Kan H, Arai N, Sakurai K, Wada I, Matsukawa N
    • 雑誌名

      Front. Neurol.

      巻: 10 ページ: 802-802

    • DOI

      10.3389/fneur.2019.00802

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Transcallosal Fiber Disruption and its Relationship with Corresponding Gray Matter Alteration in Patients with Diffuse Axonal Injury2018

    • 著者名/発表者名
      Ubukata Shiho、Oishi Naoya、Sugihara Genichi、Aso Toshihiko、Fukuyama Hidenao、Murai Toshiya、Ueda Keita
    • 雑誌名

      Journal of Neurotrauma

      巻: - 号: 7 ページ: 1106-1114

    • DOI

      10.1089/neu.2018.5823

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 18F-FPYBF-2, a new F-18-labelled amyloid imaging PET tracer: first experience in 61 volunteers and 55 patients with dementia2018

    • 著者名/発表者名
      Higashi Tatsuya、Nishii Ryuichi、Kagawa Shinya、Kishibe Yoshihiko、Takahashi Masaaki、Okina Tomoko、Suzuki Norio、Hasegawa Hiroshi、Nagahama Yasuhiro、Ishizu Koichi、Oishi Naoya、Kimura Hiroyuki、Watanabe Hiroyuki、Ono Masahiro、Saji Hideo、Yamauchi Hiroshi
    • 雑誌名

      Ann Nucl Med

      巻: 32 号: 3 ページ: 206-216

    • DOI

      10.1007/s12149-018-1236-1

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 18F-FPYBF-2, a new F-18 labelled amyloid imaging PET tracer: biodistribution and radiation dosimetry assessment of first-in-man 18F-FPYBF-2 PET imaging2018

    • 著者名/発表者名
      Nishii Ryuichi、Higashi Tatsuya、Kagawa Shinya、Okuyama Chio、Kishibe Yoshihiko、Takahashi Masaaki、Okina Tomoko、Suzuki Norio、Hasegawa Hiroshi、Nagahama Yasuhiro、Ishizu Koichi、Oishi Naoya、Kimura Hiroyuki、Watanabe Hiroyuki、Ono Masahiro、Saji Hideo、Yamauchi Hiroshi
    • 雑誌名

      Ann Nucl Med

      巻: 32 号: 4 ページ: 256-263

    • DOI

      10.1007/s12149-018-1240-5

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sex-specific regional grey matter volume correlates of daily activities2018

    • 著者名/発表者名
      Ueno Tsukasa、Oishi Naoya、Murai Toshiya
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1038/s41598-018-28252-w

    • NAID

      120006489935

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Montreal Cognitive Assessment score correlates with regional cerebral blood flow in post-stroke patients2018

    • 著者名/発表者名
      Nakaoku Yuriko、Oishi Naoya、Hase Yoshiki、Hase Mai、Saito Satoshi、Mitsueda Takahiro、Matsui Masaru、Toyoda Kazunori、Nagatsuka Kazuyuki、Kalaria Raj N.、Fukuyama Hidenao、Ihara Masafumi、Takahashi Ryosuke
    • 雑誌名

      Clinical Neurology and Neurosurgery

      巻: 174 ページ: 68-74

    • DOI

      10.1016/j.clineuro.2018.09.004

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simultaneous infrared thermal imaging and laser speckle imaging of brain temperature and cerebral blood flow in rats2018

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Takashi、Oishi Naoya、Fukuyama Hidenao
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Optics

      巻: 24 号: 03 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1117/1.jbo.24.3.031014

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Neural correlates of non-clinical internet use in the motivation network and its modulation by subclinical autistic traits2018

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara, Hironobu
    • 雑誌名

      Frontiers in Human Neuroscience

      巻: 12 ページ: 1-11

    • DOI

      10.3389/fnhum.2018.00493

    • NAID

      120006547377

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] MRI の機械学習による認知症の鑑別診断2020

    • 著者名/発表者名
      大石直也
    • 学会等名
      第39回日本認知症学会学術集会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 心房細動患者における機械学習を用いた脳卒中発症予測2020

    • 著者名/発表者名
      西 秀久、大石 直也、赤尾 昌治、小川 尚、岸田 夏枝、土井 健人、川上 理、青木 友和、福田 俊一、塚原 徹也
    • 学会等名
      第79回日本脳神経外科学会総会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] In vivo Optical Coherence Tomography of cerebral microvessels in medaka2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Suzuki, Tomohiro Ueno, Naoya Oishi, Hidenao Fukuyama
    • 学会等名
      SPIE Photonics West BIOS
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gender Difference in End- of Life Caregiving2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuko Hiyoshi, Carl Becker, Hidenao Fukuyama, Naoya Oishi
    • 学会等名
      WONCA 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Predicting clinical outcomes of acute ischemic stroke due to large vessel occlusion: The approach to utilize neuroimaging data with deep learning2019

    • 著者名/発表者名
      Hidehisa Nishi, Naoya Oishi, Akira Ishii, Isao Ono, Takenori Ogura, Tadashi Sunohara, Hideo Chihara, Ryu Fukumitsu, Masakazu Okawa, Norikazu Yamana, Hirotoshi Imamura, Nobutake Sadamasa, Taketo Hatano, Ichiro Nakahara, Nobuyuki Sakai,Susumu Miyamoto
    • 学会等名
      East Asian Conference on Neurointervention (EACoN) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Psychological resilience and functional connectivity change of the default mode network2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Miyagi, Naoya Oishi, Kei Kobayashi, Tsukasa Ueno, Sayaka Yoshimura, Toshiya Murai, Hironobu Fujiwara
    • 学会等名
      ISSID 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The association between non-clinical internet use and functional connectivity of the alerting network in attention system2019

    • 著者名/発表者名
      Kei Kobayashi, Hironobu Fujiwara, Naoya Oishi, Sayaka Yoshimura, Tsukasa Ueno, Takashi Miyagi, Toshiya Murai
    • 学会等名
      ISSID 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Autistic Traits Are Associated with the Functional Connectivity of Between-But Not Within- Attention Systems in the General Population2019

    • 著者名/発表者名
      Sayaka Yoshimura, Hironobu Fujiwara, Kei Kobayashi, Tsukasa Ueno, Takashi Miyagi, Naoya Oishi, Toshiya Murai
    • 学会等名
      ISSID 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Contribution of the orbitofrontal cortex to inference based on specific stimulus-reward relationships2019

    • 著者名/発表者名
      Masaaki Ogawa, Seiya Ishino, Kota Tokuoka, Tadashi Isa, Brian D. Allen, Amy S. Chuong , Edward S. Boyden, Naoya Oishi, Im Snaghun, Takeshi Yamada
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Predicting clinical outcomes of acute ischemic stroke due to large vessel occlusion: The approach to utilize high-dimensional neuroimaging data as a whole with deep learning2019

    • 著者名/発表者名
      Hidehisa Nishi, Naoya Oishi, Akira Ishii, Isao Ono, Takehiro Katano, Yu Abekura, Hideo Chihara, Yukihiro Yamao, Masakazu Okawa, Takayuki Kikuchi, Taketo Hatano, Ichiro Nakahara, Susumu Miyamoto
    • 学会等名
      International Stroke Conference 2019
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The association between autistic traits and internet use in attention networks: a resting state fMRI study.2018

    • 著者名/発表者名
      Hironobu Fujiwara, Sayaka Yoshimura, Kei Kobayashi, Tsukasa Ueno, Naoya Oishi, Toshiya Murai
    • 学会等名
      IACAPAP 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Autistic traits in general population are associated with functional connectivity among the brain regions related to the attentional orienting network2018

    • 著者名/発表者名
      Sayaka Yoshimura, Hironobu Fujiwara, Kei Kobayashi, Tsukasa Ueno, Naoya Oishi, Toshiya Murai
    • 学会等名
      IACAPAP 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Near-infrared hyperspectral imaging in biomedicine2018

    • 著者名/発表者名
      Naoya Oishi
    • 学会等名
      International Conference on Complex Medical Engineering 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Visualization of microvessels in medaka brain using optical coherence tomography2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Suzuki, Tomohiro Ueno, Naoya Oishi and Hidenao Fukuyama
    • 学会等名
      International Conference on Complex Medical Engineering 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Brainstem atrophy and cognitive impairment in the chronic phase and clinical severity in the acute phase in diffuse axonal injury2018

    • 著者名/発表者名
      Gaku Fujimoto, Shiho Ubukata, Taro Aso, Naoya Oishi, Genichi Sugihara, Toshiya Murai, Keita Ueda
    • 学会等名
      WFSBP Asia Pacific Regional Congress of Biological Psychiatry 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-prolonged stress brings brain atrophy in visual cortex and thalamus2018

    • 著者名/発表者名
      Takanobu Yoshii, Naoya Oishi, Yuki Sakai, Isao Nishimura, Kenichi Matsuda, Shunji Yamada, Kazuya Ikoma, Masaki Tanaka, Jin Narumoto
    • 学会等名
      WFSBP Asia Pacific Regional Congress of Biological Psychiatry 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Network property of gambling disorder2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Tsurumi, Naoya Oishi, Toshiya Murai, Hidehiko Takahashi
    • 学会等名
      International Society for Biomedical Research on Alcoholism 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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