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2017 年度 実施状況報告書

超低磁場MRIにおける高速撮像の実現および新たなコントラストの創出

研究課題

研究課題/領域番号 17K20104
研究機関京都大学

研究代表者

笈田 武範  京都大学, 工学研究科, 助教 (70447910)

研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2020-03-31
キーワード超低磁場MRI / 圧縮センシング / T1コントラスト改善 / 磁束密度計測
研究実績の概要

本研究課題では,超低磁場MRI(ULF-MRI)を生体応用する場合に課題となるMRI計測時間の延長を抑制した高速撮像法の実現,および新たな画像コントラストの創出として3次元磁束密度計測シーケンスの開発を行っている.
本年度は,上記の課題に対して,圧縮センシングを用いた高速撮像およびT1コントラストの向上に関して検討を行った.この検討の中で0.3Tの低磁場MRIを用いて実験を行い,圧縮センシングを用いてMR信号の読み出しにおけるサンプル数の削減により,TRの短縮を可能とすることが確認できた.実際には,サンプル数をフルサンプルの25%に削減したシーケンスに対して,周波数エンコードの巻き戻しパルスと位相エンコードパルスをランダムに設定してMR信号収集を行うことによってTRの短縮を実現した.その結果,本手法が撮像の高速化およびT1コントラストの向上に有益であることが確認できたので,その有効性を公表した.しかしながら,サンプリングの打ち切りに伴うアーチファクトの抑制が不十分であり,精度の高い画像取得のためにはサンプル数やサンプリングパターンの選択,再構成アルゴリズムに関してさらなる検討が必要であることも確認できた.
また,新しいコントラストの創出として磁束密度計測シーケンスについて検討を行う過程で,スピンロック撮像法と呼ばれる振動磁場計測法に関する検討を行った.スピンロック撮像法は,生成した横磁化の低周波数領域での2次共鳴を利用して振動磁場を計測する.そのため,数十Hz以上の周波数に対しては,nT未満の磁場を計測できる可能性が示されたが,スピンロック撮像法では,振動磁場の初期位相によって結果が変化するという課題があることが確認できた.ULF-MRIにおいては一様磁場を変化させることにより,数十Hz未満の磁束密度の計測や初期位相の課題への対応が必要であることが確認された.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成29年度に予定していた圧縮センシングを用いた読み出し時間の短縮および1次元磁束密度計測シーケンスの開発のうち,圧縮センシングを用いた読み出し時間の短縮に関しては,その有効性を確認し,公表も行った.また,1次元磁束密度計測シーケンスの開発に関しては,現存のスピンロック撮像法に関する比較検討を進めるとともに,実装環境の準備を進めてきた.実装環境については,本年度購入したPXIシステムを用いたパルスシーケンスコントローラの実装を行い,1 MHzの更新レートでの磁場のコントロールが可能なシステムを構築した.この結果,渦電流発生の課題など実際にシーケンスを実装する上での課題には未着手であり,平成30年度にはこの課題への対応を行うとともにマルチエコーシーケンスを実装する必要があるが,平成30年度実施予定のEPIを含むマルチエコーシーケンスの実現にも寄与する環境の構築ができた.
以上より,おおむね順調に進展していると判断した.

今後の研究の推進方策

平成30年度は,予定していたecho planar imaging(EPI)を含むマルチエコーシーケンスの実現および対象外磁場抑制の必要性の検討に着手する.平成29年度に構築したパルスシーケンスコントローラおよびそれに合わせて設計されたブロッホ方程式の数値解析ソルバを使用して,マルチエコーシーケンスおよび残存磁場の影響に関するシミュレーションおよび実測を行う.
まず,EPIおよびsteady state free precession(SSFP)を用いた超偏極Xeの実測を目指した実装を優先して行う.これにより画像化部分の高速化が実現できるので,磁束密度計測シーケンスのプレパレーションパルス部分と合わせることによって,磁束密度計測の高速化が実現可能になる.これにより,最終年度に実施予定の3次元磁束密度計測シーケンスの実現に向けた準備を推進する.
さらに,磁束密度計測シーケンスにおける対象外磁場抑制に関しては,地磁気や商用電源電流に伴う50/60 Hzの磁場が超低磁場MRIを用いた磁束密度計測に対してどのような影響を及ぼすのかに関して検討を進める.また,検討の結果磁場抑制が必要な場合には,補償コイルやPID制御などを用いた磁場抑制の実装に着手し,磁束密度計測の精度向上を促進する.

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] 光ポンピング原子磁気センサの時間安定性向上のためのフィードバック型ノイズ抑制2018

    • 著者名/発表者名
      笈田武範、長谷川直樹、森口司
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 117(507) ページ: 45-49

  • [雑誌論文] 0.3T低磁場MRIを用いた機能的結合の直接計測に向けたスピンロック撮像法 ~ 信号源における振動磁場の位相差が及ぼす影響の検討 ~2017

    • 著者名/発表者名
      關祐亮、上田博之、伊藤陽介、笈田武範、谷口陽,小林哲生
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告

      巻: 117(360) ページ: 55-60

  • [学会発表] 光ポンピング原子磁気センサの時間安定性向上のためのフィードバック型ノイズ抑制2018

    • 著者名/発表者名
      笈田武範、長谷川直樹、森口司
    • 学会等名
      電子情報通信学会MEとバイオサイバネティックス研究会
  • [学会発表] 超低磁場・低磁場 MRI における圧縮センシングを用いたT1強調画像撮像の高速化とコントラスト改善2018

    • 著者名/発表者名
      笈田武範、上田博之、谷口陽、小林哲生
    • 学会等名
      第20回日本ヒト脳機能マッピング学会
  • [学会発表] Rapid scan using compressed sensing in ultra-low field MRI with optically pumped atomic magnetometer2017

    • 著者名/発表者名
      Tekenori Oida, Kazuhiro Tamiwa, Hiroyuki Ueda and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Complex Medical Engineering (CME2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantitative evaluation methods of MR-diffusion information along white mater nerve bundles towards identification of neural circuits associated with neuropsychiatric disorders2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Kobayashi, Shiho Okuhata, Hodaka Miki, Satoki Yoda, Ryusuke Nakai, Takenori Oida and Kazuki Ida
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Complex Medical Engineering (CME2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] SWIFT imaging for hyperpolarized xenon in ultra-low field MRI2017

    • 著者名/発表者名
      Takenori Oida, Yuki Kaga, Tetsuya Yamamoto and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      ISMRM 25th Annual Meeting & Exhibition
    • 国際学会
  • [学会発表] 0.3T低磁場MRIにおける機能的結合の直接計測に向けたスピンロック撮像法 ~ 信号源における振動磁場の位相差が及ぼす影響の検討 ~2017

    • 著者名/発表者名
      關祐亮、上田博之、伊藤陽介、笈田武範、谷口陽、小林哲生
    • 学会等名
      電子情報通信学会 MEとバイオサイバネティックス研究会
  • [学会発表] Measurements of MNP signals using an atomic magnetometer module with a flux transformer2017

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kato, Takenori Oida, Yosuke Ito and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2017
  • [学会発表] 超低磁場MRIを用いた超偏極Xe画像化におけるSNR向上に向けた検討2017

    • 著者名/発表者名
      長谷川直樹、笈田武範、小林哲生
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2017
  • [学会発表] T1 contrast improvement with compressed sensing in low and/or ultra-low field MRI(低磁場・超低磁場MRIにおける圧縮センシングを用いたT1強調コントラストの改善)2017

    • 著者名/発表者名
      Takenori Oida, Hiroyuki Ueda, Yo Taniguchi and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      第45回日本磁気共鳴医学会大会
  • [学会発表] Analytical solution of magnetization dynamics under functional spin-lock preparation(機能的spin-lock撮像法における磁化ダイナミクスの解析的な検討)2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Ueda, Hiroaki Seki, Yosuke Ito, Takenori Oida, Yo Taniguchi and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      第45回日本磁気共鳴医学会大会
  • [学会発表] On spin-lock preparation towards direct measurements of functional connectivity with 0.3T low-field MRI(0.3T低磁場MRIを用いた機能的結合の直接計測に向けたスピンロック撮像法の検討)2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Seki, Hiroyuki Ueda, Yosuke Ito, Takenori Oida, Yo Taniguchi and Tetsuo Kobayashi
    • 学会等名
      第45回日本磁気共鳴医学会大会

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公開日: 2018-12-17  

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