深層学習による高解像マルチパラメトリックASLの開発

2023 年度 実績報告書

• 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

本研究では，非侵襲脳灌流イメージングのarterial spin labeling (ASL) 法における低信号対雑音比とそれに伴う脳灌流パラメータの定量性低下，および低空間分解能の改善を目的に深層学習を利用した．特に，脳灌流パラメータを推定する回帰ネットワークの開発に重点を置いた．現在の臨床MR装置では多時相ASL撮影法が利用できないため，実データによる十分な学習データ量の確保が困難であった．そこで，ASL信号動態モデルを基にシミュレーションで学習データを生成し，教師あり学習によるパラメータ推定ネットワークを開発した．この手法は，健常被験者ともやもや病患者において，従来法よりも高い推定精度と雑音耐性を示し，定量画像における雑音低減効果も得られた．また，真値が利用できない実データを学習データに利用することを想定し，ASL信号動態モデルを含む損失関数を開発し，教師無し学習によるパラメータ推定法の実現可能性をシミュレーションデータと健常被験者データで実証した．さらに，臨床応用前の高画質化ネットワークのプロトタイプを開発するため，パラメータ推定ネットワークの開発と並行して健常被験者の画像収集を開始したが，研究代表者の所属機関変更によるデータ収集の一時中断に加え，使用していたMR装置が別メーカーに更新となり，データ収集の継続が困難になったために想定被験者数を満たせなかった．現在，別の共同研究機関において，使用していたMR装置と同機種の装置を使用してデータ収集を再開できる目途が立ったため，これから収集するデータも活用し，教師無し学習による画像ベース回帰ネットワークと高画質化ネットワークの開発を継続的に進める予定である．

研究成果

• [雑誌論文] Right main pulmonary artery distensibility on dynamic ventilation CT and its association with respiratory function (2024)
  • 著者名/発表者名: Oki Tatsuya、Nagatani Yukihiro、Ishida Shota、Hashimoto Masayuki、Oshio Yasuhiko、Hanaoka Jun、Uemura Ryo、Watanabe Yoshiyuki
  • 雑誌名: European Radiology Experimental 巻: 8 ページ: 50
  • DOI: 10.1186/s41747-024-00441-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Liver fibrosis estimated using extracellular volume fraction obtained from dual-energy CT as a risk factor for hepatocellular carcinoma after sustained virologic response: A preliminary case?control study (2023)
  • 著者名/発表者名: Ozaki Kumi、Ohtani Takashi、Ishida Tomokazu、Takahashi Kouki、Ishida Shota、Takata Kenji、Sakai Toyohiko、Higuchi Shohei、Gabata Toshifumi
  • 雑誌名: European Journal of Radiology 巻: 168 ページ: 111112～111112
  • DOI: 10.1016/j.ejrad.2023.111112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of the Training Data Condition on Arterial Spin Labeling Parameter Estimation Using a Simulation-Based Supervised Deep Neural Network (2023)
  • 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 Computer Assisted Tomography 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1097/rct.0000000000001566
  • 査読あり
• [学会発表] Multiparameter estimation from DANTE-prepared multi-delay ASL using artificial neural network (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishida S, Fujiwara Y, Takei N, Matta Y, Kanamoto M, Kimura H, Tsujikawa T
  • 学会等名: 2023 ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Comparison of a hybrid multi-delay pseudo-continuous arterial spin labelling scheme with time-encoded and variable-TR schemes (2023)
  • 著者名/発表者名: Obara M, Togao O, Vaclavu L, Mikayama R, Wada T, Ishida S, Hamano H, van Osch MJ, van de Ven K, Ueda Y, Kwon J, Yoneyama M, Van Cauteren M
  • 学会等名: 2023 ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] The validation of ASL-aCBV measured by Hadamard encoded ASL imaging evaluating moyamoya disease correlative study with 15O-H2O PET-aCBV. (2023)
  • 著者名/発表者名: Kimura H, Isozaki M, Ishida S, Takei N, Fujiwara Y, Matta Y, Okazawa H, Tsujikawa T
  • 学会等名: 2023 ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Hybrid multi-delay PCASL of time-encoded and variable-TR schemes for the assessment of cerebral perfusion in Moyamoya disease (2023)
  • 著者名/発表者名: Togao O, Obara M, Yamashita K, Kikuchi K, Wada T, Tokunaga C, Mikayama R, Ishida S, Hamano H, Vaclavu L, van Osch MJ, van de Ven K, Van Cauteren M, Ishigami K
  • 学会等名: 2023 ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] MRIによる体位変化時の髄液動態解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮地利明, 大野直樹, 岡本里穂, 上原正知, 石田翔太, Noam Alperin, 間瀬光人
  • 学会等名: 京都髄液フォーラム2023
  • 招待講演
• [学会発表] Comparison of supervised and physics-informed unsupervised deep neural networks for parameter estimation from multi-delay arterial spin labeling (2023)
  • 著者名/発表者名: Shota Ishida, Yasuhiro Fujiwara, Naoyuki Takei, Hirohiko Kimura, Tatsuya Tsujikawa
  • 学会等名: The 8th Annual Scientific Meeting of the ISMRM Japanese Chapter
  • 国際学会
• [学会発表] DANTE-ASLによるマルチパラメータ推定用ニューラルネットワークの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 石田 翔太, 藤原 康博, 竹井 直行, 松田 祐貴, 金本 雅行, 木村 浩彦, 辻川 哲也
  • 学会等名: 第51回 日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] DANTE-ASLによるarterial CBVイメージングの再現性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松田 祐貴, 石田 翔太, 金本 雅行, 立石 敏樹, 木村 浩彦, 辻川 哲也
  • 学会等名: 第51回 日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] 高速ハイブリッドダイナミックpCASL検査の妥当性 ダイナミック数6と12の比較 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小原 真, 栂尾 理, 三賀山 諒司, 和田 達弘, 石田 翔太, 濱野 裕, 上田 優, 権 池勲, 米山 正己, Marc Van Cauteren
  • 学会等名: 第51回 日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] Time-encoded法とvariable-TR法のハイブリッドmulti-delay PCASLによるもやもや病の血流評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 栂尾 理, 小原 真, 山下 孝二, 菊池 一史, 和田 達弘, 徳永 千晶, 三賀山 諒司, 石田 翔太, Marc Van Cauteren, 石神 康生
  • 学会等名: 第51回 日本磁気共鳴医学会大会