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2022 年度 実施状況報告書

深層学習による高解像マルチパラメトリックASLの開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K15802
研究機関京都医療科学大学

研究代表者

石田 翔太  京都医療科学大学, 医療科学部, 助教 (50817559)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードArterial spin labeling / 深層学習 / 磁気共鳴画像
研究実績の概要

本年度はシミュレーションデータを使用し,①教師あり学習によるASLパラメータ推定用回帰ネットワークの特性評価,②マルチパラメータ推定用回帰ネットワークの開発,および③教師無し学習用の損失関数の開発を中心に実施した.①前年度に開発した,教師あり学習によるASLパラメータ推定用回帰ネットワークについて,パラメータ推定の特性を評価して問題点を洗い出し,ネットワークを改良した.②マルチパラメータ推定用回帰ネットワークを開発し,従来法よりも精度・雑音耐性ともに優れることを確認した.特に,2コンパートメントモデルによる脳血流量および脳血液量の推定において,精度・雑音耐性の大きな改善が確認できた.③教師無し学習用損失関数を2つのモデル(1コンパートメントモデル,2コンパートメントモデル)を使用して開発した.いずれも十分な精度,および雑音耐性を有することが確認できた.しかし,教師あり学習による回帰ネットワークと同様に,パラメータ推定の特性評価によって,一部のarterial transit time (ATT) が正確に推定できない問題点が確認されたため改良を進めている.これらの一部の成果については既に学会発表および論文投稿を行った.また,未発表・未投稿の成果については学会発表および論文投稿の準備中である.
画像データ収集を継続して実施したが,当初の目標データ数までは届かなかった.諸般の事情により,追加データの収集が困難であるため,今後は現在までに取得したデータを使用し,深層学習ネットワークの開発を進める.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度はマルチパラメータ推定用回帰ネットワークを開発し,その改良を進めた.同時並行で画像ベース回帰へ応用する予定であったが,マルチパラメータ推定用回帰ネットワークの開発に時間を要し,また,深層学習用のリソースが不足していたため,雑音除去および超解像用ネットワークの開発が遅れた.一方で,マルチパラメータ推定の精度および雑音耐性が担保できたため,画像ベース回帰に応用し,雑音除去と高分解能化を進める予定である.

今後の研究の推進方策

次年度は以下の検討を柱に研究を進める.
① 収集済みの画像データを使用して画像ベース回帰ネットワークの開発.
② 教師なし学習用の損失関数の改良.
これらの結果が出た時点で学会発表および論文投稿を行う.

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルス感染症の流行により,学会がweb開催になり旅費がかからなかったため.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Assessment of Arterial Transit Time and Cerebrovascular Reactivity in Moyamoya Disease by Simultaneous PET/MRI2023

    • 著者名/発表者名
      Takata Kenji、Kimura Hirohiko、Ishida Shota、Isozaki Makoto、Higashino Yoshifumi、Kikuta Ken-Ichiro、Okazawa Hidehiko、Tsujikawa Tetsuya
    • 雑誌名

      Diagnostics

      巻: 13 ページ: 756~756

    • DOI

      10.3390/diagnostics13040756

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extracellular volume fraction obtained by dual-energy CT depicting the etiological differences of liver fibrosis2023

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Kumi、Ohtani Takashi、Ishida Shota、Higuchi Shohei、Ishida Tomokazu、Takahashi Kouki、Matta Yuki、KImura Hirohiko、Gabata Toshifumi
    • 雑誌名

      Abdominal Radiology

      巻: 48 ページ: 1975~1986

    • DOI

      10.1007/s00261-023-03873-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Utility of Arterial Transit Time Measurement for Evaluating the Hemodynamic Perfusion State of Patients with Chronic Cerebrovascular Stenosis or Occlusive Disease: Correlative Study between MR Imaging and 15O-labeled H2O Positron Emission Tomography.2022

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Kayo、Isozaki Makoto、Higashino Yoshifumi、Kosaka Nobuyuki、Kikuta Ken-ichiro、Ishida Shota、Kanamoto Masayuki、Takei Naoyuki、Okazawa Hidehiko、Kimura Hirohiko
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.2463/mrms.mp.2020-0123

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Estimation of Cerebral Blood Flow and Arterial Transit Time From Multi-Delay Arterial Spin Labeling MRI Using a Simulation-Based Supervised Deep Neural Network.2022

    • 著者名/発表者名
      Ishida Shota、Isozaki Makoto、Fujiwara Yasuhiro、Takei Naoyuki、Kanamoto Masayuki、Kimura Hirohiko、Tsujikawa Tetsuya
    • 雑誌名

      Journal of Magnetic Resonance Imaging

      巻: 57 ページ: 1477~1489

    • DOI

      10.1002/jmri.28433

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diagnostic performance of abbreviated gadoxetic acid-enhanced magnetic resonance protocols with contrast-enhanced computed tomography for detection of colorectal liver metastases2022

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Kumi, Ishida Shota, Higuchi Shohei, Sakai Toyohiko, Kitano Ayaki, Takata Kenji, Kinoshita Kazuyuki, Matta Yuki, Ohtani Takashi, Kimura Hirohiko, Gabata Toshifumi
    • 雑誌名

      World J Radiol

      巻: 14 ページ: 352~366

    • DOI

      10.4329/wjr.v14.i10.352.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Effects of vascular territories on the efficiency of DANTE preparation pulse for ASL2022

    • 著者名/発表者名
      Ishida Shota, Kimura Hirohiko, Takei Naoyuki, Fujiwara Yasuhiro, Matsuda Tsuyoshi, Kosaka Nobuyuki
    • 学会等名
      2022 Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB
    • 国際学会
  • [学会発表] Relaxometry of the Substantia Nigra Pars Compacta and Subsegment Analysis: A Healthy Volunteer Study2022

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara Yasuhiro, Ishida Shota, Matta Yuki, Kanamoto Masayuki, Kimura Hirohiko
    • 学会等名
      2022 Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB
    • 国際学会
  • [学会発表] Multidelay ASLとMultiparametric ASL2022

    • 著者名/発表者名
      石田 翔太
    • 学会等名
      第33回 臨床MR脳機能研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 深層ニューラルネットワークによるASLパラメタ推定法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      石田 翔太,木村 浩彦,藤原 康博,竹井 直行,金本 雅行,辻川 哲也
    • 学会等名
      第50回 日本磁気共鳴医学会大会
  • [学会発表] 流体ファントムにおけるIVIM解析2022

    • 著者名/発表者名
      平塚真之輔, 石田翔太, 吉村雅寛, 渡邉嘉之
    • 学会等名
      第6回 脳循環数理モデル研究会

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公開日: 2023-12-25  

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