超精細断層像で生体内部の微細構造を詳細に観察する次世代型MRI技術の開発

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K13764
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 長谷川 昌也 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 特命助教 (00807844)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: MRI / Non-harmonic Analysis / 超精度解析 / 高分解能 / 超精細技術

Outline of Annual Research Achievements

高速フーリエ変換（FFT）に比べ大幅な精度向上が見込まれるNon-Harmonic Analysis（NHA）を医用断層撮影装置であるMRIへ応用し、1.5テスラMRIで可視化が困難な700μm以下の体内深層の微細構造を観察できる超精細技術の開発を目的に研究を行った。本研究では、MRI計測データをNHAで高精度解析することで、従来の分解能よりも微細な空間に存在する物体をNHAで可視化できるか、コンピュータシミュレーションを用いて基礎的な検討を行った。
平成30年度では、小動物用MRI（MRmini SA：小動物用1.5テスラMRI、DSファーマバイオメディカル）を用いて、複数の条件下で物理ファントムの撮像を行った。シミュレーション実験では、従来のMRI画像の1ピクセル以下の空間である375×375[μm]の範囲に、微細構造を想定した複数の物体を配置し、物理ファントムを撮像した際の装置パラメータを基に、ノイズの無い理想環境を想定したMRI計測データをコンピュータ上で作成した。作成したMRI計測データを従来法とNHAで解析し再構成したMRI画像の分解能を評価した。
実験結果より、従来法によるMRI画像は、375μm以下の微小空間において分解能が不足し、複数の物体を分離できず1つの物体として可視化された。一方、NHAによるMRI画像では、サイドローブが大幅に抑制されたため、約50μmの距離に配置した複数の物体が分離できており、従来法に比べ高精細に微小空間を可視化できる可能性を示した。
上記の成果について、SPIE BiOS（2019, The Moscone Center, San Francisco, California, USA）で発表を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

装置パラメータや従来のMRI画像の分解能と物体位置に関してのデータ収集のため、1.5テスラMRIを用いた複数条件下での撮像が予定通り進んでいる。また、シミュレーション実験により、極小領域に複数の物体が存在する際のサイドローブの干渉や物体同士の分離性を評価し、従来のMRI画像の1ピクセル以下の空間をNHAで可視化できる可能性についての検証も予定通り進んでいる。
撮像した計測データに対し、NHAによるMRI画像化を順次行っている。微小空間をより鮮明に画像化できる共焦点顕微鏡を用いた撮像も行っており、NHAによるMRI画像と共焦点顕微鏡による画像を比較し、従来のMRI画像よりも詳細な情報が可視化されているか検証する予定である。

Strategy for Future Research Activity

引き続きMRI撮像を行い、生体情報における微小空間の可視化に関して検討する。また、撮像時に混入するノイズモデルの見積もり等を基に、NHAを利用する際のパラメータや計測データ数等の環境条件を設計し、より高品質なMRI画像を提供できる技術の確立を目指す。

Research Products

• [Presentation] High-resolution MR image by high precision signal analysis method for accurately analyze complex signals (2019)
  • Author(s): Masaya Hasegawa, Ahmad Naif Syaihan Bin Juanda Ruha, Kanna Hirobayashi, Kazuki Fuji, Keizo Takao, Kyo Noguchi, Shigeki Hirobayashi
  • Organizer: SPIE BiOS, 2019, San Francisco, California, United States
  • Int'l Joint Research