ＧＰＧＰＵを用いた高速・高精度ノイズ除去処理技術の脳画像研究への応用

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24791296
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 大石 直也 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40526878)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: MRI / PET / 脳 / ノイズ除去 / non-local means / GPGPU

研究実績の概要

核磁気共鳴画像法(MRI)や陽電子放出断層撮像法(PET)に代表される脳画像研究の進歩は、神経科学や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信号雑音(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、申請者はノイズ除去性能が高い一方、計算コストが高く通常の手法では医用応用が困難であった3D Non-local means (3D-NLM) filter等の高精度ノイズ除去アルゴリズムをGPGPU (General Purpose GPU)で高速化させるソフトウェアを開発した。本研究の目的は、このノイズ除去ソフトウェアをヒトおよび動物の脳MRI・PETに適応し、基礎・臨床応用の可能性を明らかにすることにある。
平成26年度では、前年度までに改良したソフトウェアを用いて、ラット構造MRIデータのさらなる取得および解析を継続して行った。結果、3D-NLMによるセグメンテーション精度の向上を検証し、解析上の空間分解能向上を図ることに成功した。さらに、軽度認知機能障害患者や精神疾患患者における構造MRIに対する3D-NLM処理により灰白質検出精度向上を検証することができた。また、健常被験者において拡散強調像に対する3D-NLMの適応により、神経線維の描画性能向上も検証しえた。
研究期間全体を通じて、3D-NLMソフトウェアの改良を図ることができ、更なる高速化を実現した。ヒトや小動物の構造MRIのセグメンテーション精度向上および萎縮評価性能の向上を図ることができた。さらに、神経線維の描画性能の向上にも寄与することが示された。今後は、これらの実績に基づき、脳コネクトーム解析の精度向上など、新たな画像研究領域に対してノイズ除去フィルタを活用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] The Uncinate Fasciculus as a Predictor of Conversion from aMCI to Alzheimer Disease (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiyoshi-Taniguchi K, Oishi N, Namiki C, Miyata J, Murai T, Cichocki A, Fukuyama H
  • 雑誌名: J Neuroimaging 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1111/jon.12196
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional relevance of the precuneus in verbal politeness (2015)
  • 著者名/発表者名: Ashizuka A, Mima T, Sawamoto N, Aso T, Oishi N, Sugihara G, Kawada R, Takahashi H, Murai T, Fukuyama H
  • 雑誌名: Brain Research 巻: 91 ページ: 48-56
  • DOI: 10.1016/j.neures.2014.10.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Freezing of gait and white matter changes: a tract-based spatial statistics study (2015)
  • 著者名/発表者名: Iseki K, Fukuyama H, Oishi N, Tomimoto H, Otsuka Y, Nankaku M, Benninger D, Hallett M, Hanakawa T
  • 雑誌名: J Clin Mov Disord 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1186/s40734-014-0011-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hypothalamic-Amygdalar-Brainstem Volume Reduction in a Patient with Narcolepsy Secondary to Diffuse Axonal Injury (2015)
  • 著者名/発表者名: Walid Y, Sugihara G, Oishi N, Kubota M, Ubukata S, Murai T, Ueda K
  • 雑誌名: J Clin Sleep Med 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temporal lobe epilepsy with amygdala enlargement: a morphologic and functional study (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaya S, Ikeda A, Mitsueda-Ono T, Matsumoto R, Inouchi M, Namiki C, Oishi N, Mikuni N, Ishizu K, Takahashi R, Fukuyama H
  • 雑誌名: J Neuroimaging 巻: 24 ページ: 54-62
  • DOI: 10.1111/j.1552-6569.2011.00694.x.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A comparison of three brain atlases for MCI prediction (2014)
  • 著者名/発表者名: Ota K, Oishi N, Ito K, Fukuyama H
  • 雑誌名: J Neurosci Methods 巻: 221 ページ: 139-150
  • DOI: 10.1016/j.jneumeth.2013.10.003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relation between Healthy Factors and the Adolescent Impulsiveness Scale (AIS) among Junior and Senior High School Students (2014)
  • 著者名/発表者名: Moriguchi Y., Murai T., Oishi N., Fukuyama H
  • 雑誌名: The Asian Journal of Child Care 巻: 5 ページ: 35-39
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simultaneous Measurement of Local Brain Temperature and Cerebral Blood Flow Change in Rats for Quantitative Functional Brain Imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Oishi N, Fukuyama H
  • 雑誌名: Proceedings of the 2014 IEEE International Conference on Complex Medical Engineering 巻: 1 ページ: 214-219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nicotinic acetylcholine receptor density in cognitively intact subjects at an early stage of Parkinson's disease (2014)
  • 著者名/発表者名: Isaias I, Spiegel J, Brumberg J, Cosgrove KP, Marotta G, Oishi N, Higuchi T, Kusters S, Schiller M, Dillmann U, Van Dyck C, Buck A, Herrmann K, Schloegl S, Volkmann J, Lassmann M, Fassbender K, Lorenz R, Samnick S
  • 雑誌名: Front. Aging Neurosci. 巻: 6 ページ: 160
  • DOI: 10.3389/fnagi.2014.00160
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Voxel-based clustered imaging by multiparameter diffusion tensor images for glioma grading (2014)
  • 著者名/発表者名: Inano R, Oishi N, Kunieda T, Arakawa Y, Yamao Y, Shibata S, Kikuchi T, Fukuyama H, Miyamoto S
  • 雑誌名: NeuroImage: Clinical 巻: 5 ページ: 396-407
  • DOI: 10.1016/j.nicl.2014.08.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Silent Information Regulator 2 Homolog 1 Counters Cerebral Hypoperfusion Injury by Deacetylating Endothelial Nitric Oxide Synthase (2014)
  • 著者名/発表者名: Hattori Y, Okamoto Y, Maki T, Yamamoto Y, Oishi N, Yamahara K, Nagatsuka K, Takahashi R, Kalaria RN, Fukuyama H, Kinoshita M, Ihara M
  • 雑誌名: Stroke 巻: 45 ページ: 3403-3411
  • DOI: 10.1161/STROKEAHA.114.006265
  • 査読あり
• [雑誌論文] アルツハイマー型認知症の評価－C-11 PiB PETなどによるアミロイドイメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 大石直也、福山秀直
  • 雑誌名: INNERVISION 巻: 29 ページ: 100-102
• [学会発表] MCIからADへの移行予測向上を目指して－灰白質・白質構造変化を用いた検討－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 大石直也、並木千尋、福山秀直
  • 学会等名: 第33回日本認知症学会学術集会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-11-29 – 2014-12-01
• [学会発表] ラット脳のVoxel-based MorphometryにおけるNon-local Meansノイズ除去フィルタの効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大石直也、吉井崇喜、福山秀直
  • 学会等名: 第37回日本神経科学大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Structural MRI for early diagnosis of dementia (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoya Oishi
  • 学会等名: International Conference on Complex Medical Engineering 2014
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2014-06-26 – 2014-06-29
  • 招待講演
• [学会発表] 自己組織化マップと局所脳血流に基づく脳梗塞の層別化と認知機能の関連 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大石直也、中奥由里子、長谷佳樹、猪原匡史、福山秀直
  • 学会等名: 第55回日本神経学会総会
  • 発表場所: 博多
  • 年月日: 2014-05-21 – 2014-05-24