| 研究課題/領域番号 |
20K12636
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分90110:生体医工学関連
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| 研究機関 | 津山工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
細谷 和範 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (60509107)
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| 研究分担者 |
竹内 一裕 独立行政法人国立病院機構岡山医療センター(臨床研究部), 独立行政法人国立病院機構 岡山医療センター(臨床研究部), 整形外科医長 (30304306)
小野 敦 川崎医療福祉大学, 医療技術学部, 教授 (20804743)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 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)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | MRI / 脳脊髄液 / 流れの可視化 / 数値シミュレーション / 機械学習 / 流動ファントム / AI / 粒子画像流速測定法 / 時間分解撮像 / 摂動流 / ファントム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
頭蓋内の脳室内で生成される脳脊髄液は脊髄を取り巻くくも膜下腔を流れながら体内に吸収されるとされているが，その詳細は明らかでない．近年，MRIの時間分解撮像により摂動する脳脊髄液の流れを非侵襲的に観察することができるようになったが，MRI画像から流れの特徴や圧迫の程度，脳脊髄液の組成変化を定量的に把握することは依然として難しい．本研究では脊柱管内の構造を模したシンプルな実験装置（流動ファントム）を開発し，疾患をモデル化した圧迫等を与えて拍動に伴う流れパターンや物質循環，液圧の変化を実験的に調べ，MRI撮像画像からこれらの諸量を推算する方法を得ることを試みる．
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| 研究成果の概要 |
本研究では脊柱管を過ぎる脳脊髄液（CSF）を模した流動を作り出す二重円管構造の流動ファントムを開発し，時間分解撮像が可能なMRIにより流れの特徴を調べた．
ファントムが作り出す流れをTime-SLIP-MRIで観察した結果，その動態イメージはやや不鮮明ながら，ヒトのCSF流動と類似したものであることを確認した．またファントムの中流部に疾患を想定した狭窄部を設け，MRI撮像した結果，移動が遮られる水塊の様子が明瞭に観察された．このように，患部を模擬するファントムは疾患の理解の一助となると考えられる．本研究ではさらに，機械学習を用いてMRI画像から流向判別等の二値分類が可能であることを確認した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年，MRIにより脳脊髄液（CSF）の流動観察が可能となり，疾患の検査所見にかかる重要な情報となっているが，撮像画像から変動する患部の圧迫等を把握することは難しい．本課題では，頭蓋内圧の変動により駆動されるCSF流動を模擬する水理実験装置（流動ファントム）として，弾性二重円管を用いたフレキシブルな装置を開発した．ファントムには疾患を想定した圧迫等を与える事ができ，疾患に伴うヒトのCSF流動や影響の理解の一助になる可能性がある．弾性管を用いたCSF流動ファントムは他に例がなく，さらにMRIによる水塊画像から流れの特徴を機械学習により推論を試みるなど，本課題の学術的意義は大きい．
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