圧縮センシングの脳・頸部MRIへの応用

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K07711
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 伏見 育崇 京都大学, 医学研究科, 助教 (90639014)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 圧縮センシング / MRI / 頸動脈 / 脳血管 / アーティファクト

研究実績の概要

広範囲撮影において、高い空間分解能の圧縮センシングMRI撮影の臨床的診断能を検討するにあたり、下記の項目に着目して研究を行った。
（１）脳動静脈奇形を対象として、圧縮センシングを応用し撮影時間短縮の追求を行った。また、広範囲撮影の圧縮センシング併用の高解像度の脳MR angiographyにおいて、正しく病態が評価できるかどうかを検討し、データ収集を進めた。
（２）圧縮センシングによる体動アーチファクトの除去の検討として、頸動脈MR angiographyにおける嚥下運動や呼吸、動脈拍動などの生理的な動きによるアーチファクトについてデータ収集を行った。生理的な動きが主体の体動が多い場合は、圧縮センシング撮影を行うことにより、撮影時間短縮による画質改善が得られた。
（３）圧縮センシングによる頸動脈血管壁のプラーク・イメージングについては、出血を含んだ状態である不安定プラークの検出を中心にデータ収集を行った。頸動脈は、撮影中の生理的な動きによるアーチファクトが生じやすいが、圧縮センシングによるノイズ除去効果により血管内の信号を除去し、血管壁の動脈硬化の描出能が向上することを見出した。また、撮影時間短縮により画質改善が得られた。
（４）圧縮センシングによる使用造影剤の減量に着目し、造影MR血管撮影のデータ収集を行った。造影剤投与前後のデータを差分することにより、スパース性が向上し、バックグラウンドの画素値を低下させることにより、血管の描出が向上した。造影剤の減量方法を決定し、データ収集を進めた。

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

（１）広範囲撮影の圧縮センシング併用の高解像度の脳MR angiographyにおいて、動静脈奇形などの血管描出は良好であった。様々なパターンの血管描出の評価ができるようにデータ収集を行い、良好なデータ蓄積が得られている。
（２）生理的な動きが主体の体動が多い場合は、圧縮センシング撮影を行うことにより、撮影時間短縮による画質改善が得られ、論文報告を行った。
（３）圧縮センシングによる頸動脈血管壁のプラーク・イメージングについては、ノイズ除去効果により血管内の信号を除去し、血管壁の動脈硬化の描出能が向上し、撮影時間短縮により画質改善が得られた。論文投稿を行い、誌上発表を行えた。
（４）圧縮センシングによる使用造影剤の減量に着目し、減量パターンを決定し、造影MR血管撮影のデータ収集を進めた。造影剤投与前後のデータを差分することにより、スパース性が向上し、バックグラウンドの画素値を低下させることにより、血管の描出が向上することが観察できたため、研究をより推進できると考えられた。

今後の研究の推進方策

（１）脳動静脈奇形を対象とした圧縮センシング併用の高解像度の脳MR angiographyにおいて、正しく病態が評価できるかどうかを検討するために、様々なパターンを示す病態についてデータ収集を進めていく。
（２）圧縮センシングによる頸動脈MR angiographyについては、嚥下運動や呼吸、動脈拍動などの生理的な動きによるアーチファクトについてデータ収集を行い、生理的な動きが主体の体動が多い場合は、圧縮センシング撮影を行うことにより、撮影時間短縮による画質改善が得られたため、引き続き論文投稿に進める予定である。
（３）圧縮センシングによる頸動脈血管壁のプラーク・イメージングについて、誌上報告を行うことができたが、この結果について学会などを通じて引き続き世界に発信していく。
（４）圧縮センシングによる使用造影剤の減量は、造影剤の減量による患者の負担の軽減が得られることにさらに着目して、誌上発表を行うべくデータ収集を継続していく。

次年度使用額が生じた理由

研究は概ね順調に進行しているが、次年度にも引き続きデータ収集、検討、論文投稿・学会発表などの作業が残っており、次年度に関しても助成金が必要となる。

研究成果

• [雑誌論文] Brain MRI with Quantitative Susceptibility Mapping: Relationship to CT Attenuation Values (2020)
  • 著者名/発表者名: Oshima S, Fushimi Y, Okada T, Takakura K, Liu C, Yokota Y, Arakawa Y, Sawamoto N, Miyamoto S, Togashi K
  • 雑誌名: Radiology 巻: 294 ページ: 600～609
  • DOI: 10.1148/radiol.2019182934
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Acceleration of 2D-MR fingerprinting by reducing the number of echoes with increased in-plane resolution: a volunteer study (2020)
  • 著者名/発表者名: Yokota Y, Okada T, Fushimi Y, Yamamoto A, Nakajima S, Fujimoto K, Oshima S, Koerzdoerfer G, Nittka M, Pfeuffer J, Togashi K
  • 雑誌名: MAGMA 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.1007/s10334-020-00842-8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Editorial for “Quantitative Susceptibility Mapping for Characterization of Intraplaque Hemorrhage and Calcification in Carotid Atherosclerotic Disease” (2020)
  • 著者名/発表者名: Fushimi Yasutaka, Nakajima Satoshi
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance Imaging 巻: ー ページ: ー
  • DOI: 10.1002/jmri.27089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of image quality of pituitary dynamic contrast‐enhanced MRI using time‐resolved angiography with interleaved stochastic trajectories (TWIST) and iterative reconstruction TWIST (IT‐TWIST) (2020)
  • 著者名/発表者名: Yokota Y, Fushimi Y, Okada T, Fujimoto K, Oshima S, Nakajima S, Fujii T, Tanji M, Inagaki N, Miyamoto S, Togashi K
  • 雑誌名: Journal of Magnetic Resonance Imaging 巻: 51 ページ: 1497-1506
  • DOI: 10.1002/jmri.26962
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of the Bleeding Point in Hemorrhagic Moyamoya Disease Using Fusion Images of Susceptibility-Weighted Imaging and Time-of-Flight MRA (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyakoshi A.、Funaki T.、Fushimi Y.、Kikuchi T.、Kataoka H.、Yoshida K.、Mineharu Y.、Takahashi J.C.、Miyamoto S.
  • 雑誌名: American Journal of Neuroradiology 巻: 40 ページ: 1674-1680
  • DOI: 10.3174/ajnr.A6207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Restoration of periventricular vasculature after direct bypass for moyamoya disease: intra-individual comparison. (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyakoshi A, Funaki T, Takahashi JC, Takagi Y, Kikuchi T, Yoshida K, Kataoka H, Mineharu Y, Okawa M, Yamao Y, Fushimi Y, Okada T, Togashi K, Miyamoto S
  • 雑誌名: Acta Neurochir (Wien) 巻: 161 ページ: 947-954
  • DOI: 10.1007/s00701-019-03866-9
  • 査読あり
• [学会発表] Quantitative susceptibility mapping: clinical application for pediatric diseases. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sonoko Oshima, Yasutaka Fushimi, Tomohisa Okada, Akira Yamamoto, Satoshi Nakajima, Yusuke Yokota, Sayo Otani, Azusa Ota, Krishna Pandu Wicaksono, and Kaori Togashi
  • 学会等名: RSNA 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Compressed Sensing MR Angiography from Simulation Research to Clinical Practices. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sayo Otani, Yasutaka Fushimi, Koji Fujimoto, Takayuki Yamamoto, Azusa Ota, Krishna Pandu Wicaksono, Sonoko Oshima, Yusuke Yokota, Satoshi Nakajima, Akihiko Sakata, Akira Yamamoto, Peter Speier, Christoph Forman, Michaela Schmidt, Tomohisa Okada, and Kaori Togashi.
  • 学会等名: RSNA 2019
  • 国際学会
• [学会発表] The Effect of delay alternating with nutation for tailored excitation (DANTE) pulse on cerebrospinal fluid, brain parenchyma, arteries and veins. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasutaka Fushimi, Satoshi Nakajima, Sonoko Oshima, Yusuke Yokota, Sayo Otani, Azusa Ota, John Grinstead, Sinyeob Ahn, Tomohisa Okada, and Kaori Togashi.
  • 学会等名: 13th Annual Meeting of the American Society of Functional Neuroradiology
  • 国際学会
• [学会発表] Grading of Glioma: Comparison between18F-FMISO-PET, Apparent Diffusion Coefficient and Gadolinium Enhancement. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasutaka Fushimi, Yoshiki Arakawa, Yoichi Shimizu, Kohei Sano, Tomohisa Okada, Sonoko Oshima, Takuya Hinoda, Satoshi Nakajima, Takayoshi Ishimori, Yuji Nakamoto and Kaori Togashi
  • 学会等名: SNMMI 2019
  • 国際学会
• [学会発表] 3D T1-weighted Images with Scan Time of Less than 2 Minutes by Using Wave-CAIPI (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasutaka Fushimi, Tomohisa Okada, Sonoko Oshima, Yusuke Yokota, Hikaru Fukutomi, Gosuke Okubo, Satoshi Nakajima, Akira Yamamoto, Wei Liu, Sinyeob Ahn, Thomas Beck, and Kaori Togashi.
  • 学会等名: ISMRM 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Comparison study of QSM calculated from different image sequences. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasutaka Fushimi, Tomohisa Okada, Sonoko Oshima, Yusuke Yokota, Hikaru Fukutomi, Gosuke Okubo, Satoshi Nakajima, Akira Yamamoto, Sunil Patil, Pascal Sati, and Kaori Togashi.
  • 学会等名: ISMRM 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Correlation between CT and QSM in the brain. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sonoko Oshima, Yasutaka Fushimi, Tomohisa Okada, Akira Yamamoto, Satoshi Nakajima, Gosuke Okubo, Hikaru Fukutomi, Yusuke Yokota, and Kaori Togashi. Co
  • 学会等名: ISMRM 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Visualization of the Substantia Nigra Pars Compacta: comparison between DANTE T1-SPACE and T1-SPACE. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sonoko Oshima, Yasutaka Fushimi, Tomohisa Okada, Akira Yamamoto, Satoshi Nakajima, Gosuke Okubo, Hikaru Fukutomi, Yusuke Yokota, John Grinstead, Sinyeob Ahn, and Kaori Togashi.
  • 学会等名: ISMRM 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of image quality of pituitary dynamic contrast-enhanced MRI using TWIST and IT-TWIST. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Yokota, Yasutaka Fushimi, Tomohisa Okada, Hikaru Fukutomi, Akira Yamamoto, Satoshi Nakajima, Gosuke Okubo, Sonoko Oshima, Koji Fujimoto, and Kaori Togashi.
  • 学会等名: ISMRM 2019
  • 国際学会