• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実施状況報告書

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, 充実した健康長寿社会を築く総合医療開発リーダー育成リーディング大学院, 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
キーワードMRI / 脳 / ノイズ除去 / 深層学習 / GPGPU
研究実績の概要

MRIに代表される非侵襲的脳画像法は、その画質の向上に伴い基礎・臨床医学の発展に大きく寄与してきた。しかし、ハードウェアや撮像時間の制約に伴う画像のノイズは解析や解釈上の障害となっている。このような現状を鑑み、申請者はこれまでGPGPU(General Purpose GPU)で超高速化した高精度ノイズ除去アルゴリズムおよびリアルタイムにノイズ除去パラメータを可変できる画像ビューアを独自開発し、その有用性を明らかにしてきた。近年、深層学習の登場により機械学習的アプローチが飛躍的に進歩しており、ノイズ除去においても有用性が示されつつある。本研究の目的は、脳画像に適した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、精神疾患患者を含むヒトや小動物の脳MRIに適応し、基礎・臨床応用の可能性を明らかにすることである。
平成30年度では、TensorFlow、Kerasなど既存の高性能オープンソースライブラリを用いて3次元形態MRIを用いたノイズ除去深層学習システムの開発環境を構築した。その上で、複数の深層学習アルゴリズムを開発・実装することができた。3Tおよび7T-MRIを用いた健常者における形態MRI、安静時fMRIを収集した。また、3T-MRIを用いて慢性期外傷性脳損傷患者など精神疾患患者の形態MRI、安静時fMRIも収集した。小動物についても、精神疾患モデルラットの形態MRIを収集した。

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

①MRIに適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開発に関して。TensorFlow、Kerasなど既存の高性能オープンソースライブラリを用いて3次元形態MRIを用いたノイズ除去深層学習システムの開発環境を構築した。その上で、複数の深層学習アルゴリズムを開発・実装することができるなど当初の計画通りに進展している。
②小動物(ラット・マウス)によるノイズ除去技術の検証に関して。精神疾患モデルラットの形態MRIの収集に着手できており、当初の計画通りに進展している。
③ヒト(健常者および精神疾患患者)によるノイズ除去技術の検証に関して。3Tおよび7T-MRIを用いた健常者における形態MRI、安静時fMRIを収集に着手できた。また、3T-MRIを用いて慢性期外傷性脳損傷患者など精神疾患患者の形態MRI、安静時fMRI収集にも着手できており、当初の計画通りに進展している。

今後の研究の推進方策

現時点で、本研究はおおむね順調に進展しているため、平成31年度も当初の研究計画に基づいて推進していく。
①MRIに適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開発に関して。収集したヒト・小動物のMRIを用いたノイズ除去性能の検証を行うとともに、必要に応じてアルゴリズムの改良を行っていく。ビューアについても開発・改良を加えていく。
②小動物(ラット・マウス)によるノイズ除去技術の検証に関して。引き続きデータ収集を行っていく。
③ヒト(健常者および精神疾患患者)によるノイズ除去技術の検証に関して。引き続きデータ収集を行っていく。精神疾患患者における7T-MRIデータ収集にも着手する。

次年度使用額が生じた理由

7T-MRIの撮像費用がスキャン代単価の増加に伴い当初の計画よりも高くなり、当初予定していた高性能解析用コンピュータの導入を撮像費用に充当した。そのため、次年度使用額が生じた。次年度使用額については引き続き7T-MRIの撮像費用に充当する予定である。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Misery perfusion and amyloid deposition in atherosclerotic major cerebral artery disease2019

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi H, Kagawa S, Takahashi M, Oishi N, Ono M, Higashi T
    • 雑誌名

      NeuroImage: Clinical

      巻: 22 ページ: 101762

    • DOI

      10.1016/j.nicl.2019.101762

    • 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

      Annals of Nuclear Medicine

      巻: 32 ページ: 206~216

    • DOI

      10.1007/s12149-018-1236-1

    • 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

      Annals of Nuclear Medicine

      巻: 32 ページ: 256~263

    • DOI

      10.1007/s12149-018-1240-5

    • 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 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-018-28252-w

    • 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

    • 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 ページ: 1~1

    • DOI

      10.1117/1.JBO.24.3.031014

    • 査読あり
  • [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: - ページ: -

    • DOI

      10.1089/neu.2018.5823

    • 査読あり
  • [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、Yoshimura Sayaka、Kobayashi Kei、Ueno Tsukasa、Oishi Naoya、Murai Toshiya
    • 雑誌名

      Frontiers in Human Neuroscience

      巻: 12 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fnhum.2018.00493

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi