研究課題
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。
2: おおむね順調に進展している
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。
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。
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)
PLoS One
巻: e-Pub ページ: -
10.1371/journal.pone.0117091
Magnetic Resonance in Medical Sciences
巻: 14 ページ: 25-34
10.2463/mrms.2013-0116
Journal of Cardiology
巻: 65 ページ: 76-81
10.1016/j.jjcc.2014.04.005
BMC Bioinformatics
巻: 15 ページ: online
10.1186/s12859-014-0415-x
The Journal of invasive cardiology
巻: 26 ページ: 580-585
Computers in Biology and Medicine
巻: 53 ページ: 85-93
10.1016/j.compbiomed.2014.07.007
PLoS ONE
巻: 9 ページ: online
10.1371/journal.pone.0108201
