Experimental study of MRI phantom focused on the cerebrospinal fluid flow

脑脊液流动MRI体模的实验研究

• 批准号: 20K12636
• 负责人: 細谷 和範
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Tsuyama National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K12636/
• 关键词: MRI; 流動ファントム; 脳脊髄液; 流れの可視化; 数値シミュレーション; AI; 機械学習; 粒子画像流速測定法; 時間分解撮像; 摂動流; ファントム

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．

This year, compared with the previous year, CSF was produced to determine the spinal cord disease, pressure and light induced by water mass movement in the spinal cord, and time resolved imaging was possible to visualize MRI. The MRI images of adult males were used to evaluate the flow of blood. MRI imaging is based on mechanical learning, inference is possible, adjustment is possible, and results are reported. The use of CSF in the construction of a double tube structure, the construction, the construction of a double tube structure, the construction of a double tube structure, the construction The cycle of pressure increase and decrease of the resin water system is connected with the cycle of 4 seconds of reciprocating flow. The back of the spine is curved, and the spine is compressed. The flow field is observed and induced by a fluorescent agent (liquid crystal solution). The visualization method is used to analyze the movement of water mass and the time resolution image. The 2D Time SLIP method is used to analyze MRI images. MRI is used to compare the motion of the water mass in the inner part of the body with the motion of the CSF in the outer part of the body. The upper part of the body is used to generate the reciprocating motion of the body, and the end part is used to detect the motion of the CSF. In the middle of the day, the outer ridge disease is determined by the pressure and pressure, and the characteristics of the water block mixture are detected by the pressure part. The above characteristics of the flow field in 2D MRI images are clearly identified. On the one hand, mechanical learning is difficult because of the pressure and velocity distribution.

项目成果

AI推論を取り入れた髄液流を模擬するMRI用流動ファントムシステム

结合 AI 推理模拟脑脊液流动的 MRI 流体体模系统

• 发表时间: 2021
• 作者: 清水 京也;小島 宰門;加納 慎一郎;細谷和範
• 通讯作者: 細谷和範

心拍と呼吸によって駆動される脳脊髄液の動きを想定したMRI用流動ファントムの試作

MRI 流体体模原型，假设脑脊液的运动由心跳和呼吸驱动

• 发表时间: 2022
• 作者: 沖永友輝;山本隆彦;細谷和範
• 通讯作者: 細谷和範

脳脊髄液の往復流を模擬したMRI用流動ファントムシステム

模拟脑脊液往复流动的MRI流体体模系统

• 发表时间: 2022
• 作者: Hussein M. El-Husseiny;Eman A. Mady;Lina Hamabe;Amira Abugomaa;Kazumi Shimada;Tomohiko Yoshida;Takashi Tanaka;Aimi Yokoi;Mohamed Elbadawy;Ryou Tanaka;細谷和範
• 通讯作者: 細谷和範

脳脊髄液の動きを想定した MRI 用流動ファントムが作り出す往復流の可視化

模拟脑脊液运动的 MRI 流动体模创建的往复流动的可视化

• 发表时间: 2020
• 作者: 丸尾 優花;細谷 和範;竹内 一裕;小野 敦;橋口 雄助
• 通讯作者: 橋口 雄助

AI 等を用いた髄液流の評価

利用AI等评估脑脊液流量

• 发表时间: 2021
• 作者: Naoki Mizukami;Simon Kojima;Shin'ichiro Kanoh;細谷和範，竹内一裕，小野敦，橋口雄助，高木奎太朗，小原侑
• 通讯作者: 細谷和範，竹内一裕，小野敦，橋口雄助，高木奎太朗，小原侑