Experimental study of MRI phantom focused on the cerebrospinal fluid flow

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本年度は，前年度に製作したCSFファントムに，脊髄疾患を想定した圧迫を与え，ファントム内を過ぎる水塊の挙動を誘起蛍光剤と時間分解撮像が可能なMRIにより可視化した．併せて，ボランティア（成人男性）のMRI画像を用い，ファントムが作り出す流れの評価を行った．また，MRI画像に基づく機械学習により流れの推論が可能かどうか調べ，ここまでの成果を学会等で報告した．実験に使用したCSFファントムは，二重円管構造のシリコンチューブ製で，内部は水道水で満たされている．ファントムは空圧ベローズアクチュエーターにより周期的に加減圧される樹脂製の水タンクに接続され，4秒周期の往復流を発生する．実験では，ファントムをヒトの背骨の湾曲に合わせた型に収め，椎間板ヘルニアやすべり症などの脊髄疾患を想定した圧迫を与えた．流れ場の観察には，誘起蛍光剤（フルオレセイン溶液）による可視化手法と，タグ水塊の移動を時間分解撮像することができる2D Time SLIP法によるMRI撮像が用いられた．はじめに，MRIを用いてファントム内を過ぎる水塊の動きとボランティアによるヒトのCSFの動きを比較したところ，ファントムが作り出す流れはヒトと同様に，上流部において数センチメートルの往復運動が生じ，末端部では殆ど動かない様子が観察された．続いて，ファントムに外部から脊髄疾患を想定した圧迫を与え，誘起蛍光剤を用いて圧迫部を過ぎる流れの特徴や水塊混合の様子を観察したところ，閉塞部を迂回する往復移動の様子が観察されたほか，圧迫に伴い水塊混合が弱まる様子が観察された．以上の流れの特徴は2DのMRIでは明瞭に捉えることができなかったが，閉塞部を過ぎる流れ場におけるMRI画像の描写特性を把握することができた．一方，機械学習による圧迫部を過ぎる水塊画像から，圧迫の程度や流速分布を推論することは困難であった．