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2014 年度 実績報告書

タギングMRIによる画像分解能以下の微細変動計測法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 24300161
研究機関京都大学

研究代表者

松田 哲也  京都大学, 情報学研究科, 教授 (00209561)

研究分担者 天野 晃  立命館大学, 生命科学部, 教授 (60252491)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワードMRI / タギングMRI / 空間分解能 / デジタル符号化
研究実績の概要

本研究では、独自のタギングMRI撮像・解析法に基づき、MRI画像空間分解能以下の微細変動量を計測可能であることを示すことを目的に、理論的、実験的検討を行っている。
昨年度までに理論的な原理検証を終えるとともに、実用化に向けてタグと画像との相対的な位置関係を容易に確定するための技術を開発したが、本研究で提案している方法論に基づいて空間分解能以下の微細な変位計測を行う場合、タグの間隔のみならずタグ形状の空間的均一性が重要であることが研究分担者の理論的検討により判明し、今年度はこれに対処するため、タグ生成用の新たなパルスシーケンスについて重点的に検討した。具体的には、RFパルスの強度分布によりタグ形状に不均一性が生じることから、空間内に任意のタグパターンを設計・生成し、実際に得られた画像におけるタグ形状の解析結果に基づいてタグ生成パルスを補正しタグ形状の均一性を高める。任意形状タグの生成には呼吸同期のナビゲータ法などに用いられている任意空間領域の選択励起法を応用した。本法では目的とする任意の空間パターンをBloch方程式に基づいて数学的に展開することにより、RFパルスと傾斜磁場の時間変化を設計可能で、実際のMRI画像でRFパルスの強度分布により生じるタグ形状の不均一性の計測結果からRFパルスと傾斜磁場を再計算することによりタグ形状の補正を行うことが可能で、このような実験環境を構築した。
以上の様なタグ生成用パルスシーケンスの開発と並行して動的phantomの作成を開始した。MRIの画像空間分解能以下の微細な変動を実現するため、臓器程度の柔らかさの均一な弾性体に外部から応力を加え、僅かに変形させることとした。MRI撮像パルスシーケンスと同期するモータを用いて、外部応力の印可及び解除を繰り返し、その前後の微細変動の計測を行うシステムの設計を終え、駆動装置の調整を行っている。

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

本研究では、具体的な研究内容として、1)MRI撮像パラメタとタグおよび画像の位置との関係に関する検討、2)タギングMRI法の実装およびタグと画像の位置関係確定技術の開発、3)シミュレーションによるタグの形状および組み合わせの最適化、4)画像分解能以下の微細変動に関する検出手法の開発、の4つのテーマに分けて研究を進めている計画を立案していた。
上記の研究テーマ1),2)については、当初の予定通り、平成25年度までに概ね完了している。研究テーマ3)については、平成24年度には主としてシミュレーションを含む理論的検討、平成25年度は実験的検討と理論的検討の統合を行ったが、実験結果からRFパルスの強度分布によりタグ形状に不均一性が生じることが判明した。そこで、平成26年度には、これに対し任意形状タグ生成用パルスシーケンスを応用する用いた対処法を提案してシミュレーションに基づく理論的検討を加え、均一性の改善する見通しとなり、本研究項目についても概ね予定通りと考えている。研究テーマ4)は平成26年度に設計を終え、MRI撮像パルスシーケンスと同期するモータを用いたシステムの作成を進め、現在、駆動装置の調整を行っている段階で、予定通りに進んでいる。
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

本年度は研究期間の最終年度であり、まず、タグ形状の空間的不均一性への対策として昨年度により検討を加えた任意形状タグを生成するためのパルスシーケンスを研究代表者が中心となってMRI装置に実装し、実際のMRI画像とシミュレーションによりタグ形状の空間的均一性の改良を行う。Bloch方程式に基づいてRFパルスと傾斜磁場を設計する任意形状タグ生成法では、傾斜磁場を高速に変動させる必要があるため、これまで用いてきたSPAMM法と呼ばれる一般的なタギングパルスに比べてパルス印可時間が延長すると考えられる。そこで、任意形状タグ法とSPAMM法を用いて実際に撮像したタギングMRI画像を対象とする研究分担者の画像解析及びシミュレーションを通じ、タグ形状の均一性に加えて時間的効率も考慮した最適化および実験的比較検討を行う予定である。
次いで、動的phantomを用いて微細変動の検出に関する撮像実験を進める。提案手法では、隣接するpixelの画素値が等しいという仮定に基づき、タグの明暗領域が各画素内で混合することによる画素値の変化から微細な変位量を算出するため、当初は均一なphantomを対象とに実験に基づく原理検証を行う予定である。その後、画素値が不均一な場合に対応するためtag無し画像を参照する方法などについても検討を加える。実際にphantomから得られたタギングMRI画像では、画素値の不均一性のみならずT1緩和による画素値の変化など、変位検出に関する様々な問題点が生じる可能性があるため、研究代表者、分担者の間の密接な連携により、それぞれ担当する撮像法と検出法の両者の改良を図る予定である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Measurement of Technetium-99m Sestamibi Signals in Rats Administered a Mitochondrial Uncoupler and in a Rat Model of Heart Failure2015

    • 著者名/発表者名
      Akira Kawamoto, Takao Kato, Tetsuo Shioi, Junji Okuda, Tsuneaki Kawashima, Yodo Tamaki, Shinichiro Niizuma, Yohei Tanada, Genzou Takemura, Michiko Narazaki, Tetsuya Matsuda, Takeshi Kimura
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: e-Pub ページ: -

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0117091

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Motion Tracking Method That Applies a Spread Spectrum Communication Technique to Tagging MR Imaging2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Komori, Akira Amano, Keiko Maehara, Li Jin, Michiko Narazaki, Tetsuya Matsuda
    • 雑誌名

      Magnetic Resonance in Medical Sciences

      巻: 14 ページ: 25-34

    • DOI

      10.2463/mrms.2013-0116

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Temporal change of enhancement after gadolinium injection on contrast-enhanced CMR in reperfused acute myocardial infarction2015

    • 著者名/発表者名
      Hidenari Matsumoto, Tetsuya Matsuda, Kenichi Miyamoto, Toshihiko Shimada, Shunpei Ushimaru, Mikiko Mikuri, Taketoshi Yamazaki
    • 雑誌名

      Journal of Cardiology

      巻: 65 ページ: 76-81

    • DOI

      10.1016/j.jjcc.2014.04.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interactive visual exploration of overlapping similar structures for three-dimensional microscope images2014

    • 著者名/発表者名
      Megumi Nakao, Shintaro Takemoto, Tadao Sugiura, Kazuaki Sawada, Ryosuke Kawakami, Tomomi Nemoto, Tetsuya Matsuda
    • 雑誌名

      BMC Bioinformatics

      巻: 15 ページ: online

    • DOI

      10.1186/s12859-014-0415-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of caffeine on intravenous adenosine-induced hyperemia in fractional flow reserve measurement2014

    • 著者名/発表者名
      Hidenari Matsumoto, Kenji Nakatsuma, Toshihiko Shimada, Shunpei Ushimaru, Mikiko Mikuri, Taketoshi Yamazaki, Tetsuya Matsuda
    • 雑誌名

      The Journal of invasive cardiology

      巻: 26 ページ: 580-585

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualizing in vivo brain neural structures using volume rendered feature spaces2014

    • 著者名/発表者名
      Megumi Nakao, Kosuke Kurebayashi, Tadao Sugiura, Tetsuo Sato, Kazuaki Sawada, Ryosuke Kawakami, Tomomi Nemoto, Kotaro Minato, Tetsuya Matsuda
    • 雑誌名

      Computers in Biology and Medicine

      巻: 53 ページ: 85-93

    • DOI

      10.1016/j.compbiomed.2014.07.007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cardiac-Specific Inhibition of Kinase Activity in Calcium/Calmodulin-Dependent Protein Kinase Kinase-β Leads to Accelerated Left Ventricular Remodeling and Heart Failure after Transverse Aortic Constriction in Mice2014

    • 著者名/発表者名
      Shin Watanabe, Takahiro Horie, Kazuya Nagao, Yasuhide Kuwabara, Osamu Baba, Hitoo Nishi, Naoya Sowa, Michiko Narazaki, Tetsuya Matsuda, Genzou Takemura, Hiromichi Wada, Koji Hasegawa, Takeshi Kimura, Koh Ono
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 9 ページ: online

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0108201

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Nonlinear multiscale circulation model reproducable linear end-systolic pressure-volume relationship2014

    • 著者名/発表者名
      Shimayoshi, T. ; Mishima, M. ; Amano, A. ; Matsuda, T.
    • 学会等名
      36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC)
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2014-08-26 – 2014-08-30
  • [学会発表] Time Course Study on Glucose Metabolism in Mice by Spectroscopic Imaging with 2D Heteronuclear Multiple Quantum Coherence2014

    • 著者名/発表者名
      Hirohiko Imai, Yuki Takayama, Tetsuya Matsuda
    • 学会等名
      Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB 2014
    • 発表場所
      Milan, Italy
    • 年月日
      2014-05-10 – 2014-05-16

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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