Development of next generation MRI measurement method using combinatorial optimization technique with quantum annealing

使用量子退火组合优化技术开发下一代 MRI 测量方法

• 批准号: 20J40290
• 负责人: 山本 詩子
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J40290/
• 关键词: タギングMRI; 追跡性能; 2D barcode-like Tag; 撮像シーケンス; タグパターン; カーネル法; パターンマッチング; 量子アニーリング; シミュレーテッド・アニーリング; ブラックボックス最適化; ベイズ的最適化

本研究計画では、タギングMRIにおいて、標識とするタグの最適化を行うことにより、動きの検出性能向上を目指すものである。タギングMRIは、撮像対象にタグという磁気的な標識を付加し、心壁など生体内で動く組織の局所的な動きを追跡できるようにする撮像方法である。従来のタギングMRIでは一定の間隔で縞模様や格子状にタグを付加する方法が一般的であるが、空間的に高い解像度で動きの追跡を行うためには、近傍のピクセルとの局所識別が可能なタグを付加する必要がある。そこで、各画素が識別できる空間パターンを持つタグ(タグパターン)を付加する方法が提案されている。タグパターンは従来のタグに比べて、MRI装置のハードウェア的な制限により印可するMRIパルスシーケンスの設計が困難で、目的のタグパターンの通りにタグが付加されるようなタグパターンを探索するのが難しい。研究計画３年目の本年度は、MRI装置により生成可能なタグパターンを探索し、そのタグパターンを付加したMRI画像内でのタグの動きの追跡性能について検討した。入力された目的のタグパターンからMRIパルスシーケンスを計算し、そのパルスシーケンスに沿って磁場を印加した場合に撮像結果として生成されるタグの付加されたMRI画像を、Bloch方程式に基づいたシミュレーションにより獲得した。得られたMRI画像からタグのピクセルを抽出し、周囲のピクセルを含むパッチでピクセルごとにタグのパターンを識別した。生成されたタグパターンが、目的のタグパターンと一致するものが複数種類見つかった中で、タグとなる低輝度領域が少ないタグパターンを選択した。MRI画像を人工的に時系列で移動させ、ピクセル単位で動きの追跡ができる割合を評価した。探索により求めた生成可能なタグパターンと、従来の格子状のタグとの、動きを追跡できたピクセルの割合を比較し、本結果についての学会発表を行った。

This research project で は, タ ギ ン グ MRI に お い て, identifies と す る タ グ の line optimization を う こ と に よ り, dynamic き の 検 out performance up を refers す も の で あ る. タ ギ ン グ MRI は, pinch of like as seaborne に タ グ と い う magnetic 気 な logo を pay plus し, XinBi な ど born in vivo で く organization の bureau of な move き を tracing で き る よ う に す る like method of で あ る. MRI で 従 to の タ ギ ン グ は certain の interval で stripe die others や grid に タ グ を plus す る method が general で あ る が, high dimensional に い resolution で dynamic き の tracing line を う た め に は, nearly alongside の ピ ク セ ル と の bureau identification が may な タ グ を plus す る necessary が あ る. そ こ で, all pixels が recognition で き る space パ タ ー ン を hold つ タ グ (タ グ パ タ ー ン) を plus す る method proposed が さ れ て い る. タ グ パ タ ー ン は 従 to の タ グ に than べ て, magnetic resonance imaging (MRI) device is の ハ ー ド ウ ェ ア な system limit に よ り seal can be す る MRI パ ル ス シ ー ケ ン ス の design difficulty が で, purpose の タ グ パ タ ー ン の tong り に タ グ が plus さ れ る よ う な タ グ パ タ ー ン を explore す る の が difficult し い. Research projects for 3 years mesh の は this year, MRI device に よ り may generate な タ グ パ タ ー ン を exploring し, そ の タ グ パ タ ー ン を plus し た MRI pictures inside で の タ グ の dynamic き の tracing performance に つ い て beg し 検 た. Into force さ れ た purpose の タ グ パ タ ー ン か ら MRI パ ル ス シ ー ケ ン ス を し calculation, そ の パ ル ス シ ー ケ ン ス に along っ て magnetic を Inca し に た occasion as a result of と し て generated さ れ る タ グ の plus さ れ た MRI portrait を, Bloch equations に づ い た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り get し た. Portraits have ら れ た MRI か ら タ グ の ピ ク セ ル を spare し, zhou 囲 の ピ ク セ ル を containing む パ ッ チ で ピ ク セ ル ご と に タ グ の パ タ ー ン を recognition し た. Generate さ れ た タ グ パ タ ー ン が, purpose の タ グ パ タ ー ン と consistent す る も の が plural kinds see つ か っ た で, タ グ と な る が less low luminance field な い タ グ パ タ ー ン を sentaku し た. When MRI portrait を artificial に series で mobile さ せ, ピ ク セ ル 単 a dynamic き で の tracing が で き る cut close を review 価 し た. Explore に よ り o め た may generate な タ グ パ タ ー ン と, 従 の grid の タ グ と の, dynamic き を tracing で き た ピ ク セ ル の cut を compare し, this result に つ い て の learn 発 table line を っ た.

项目成果

タギングMRIにおけるタグパターンの追跡性能についての検討

标签MRI中标签模式跟踪性能研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本 詩子;今井 宏彦;大関 真之;加納 学
• 通讯作者: 加納 学

Kernel-based framework to estimate deformations of pneumothorax lung using relative position of anatomical landmarks

基于内核的框架使用解剖标志的相对位置估计气胸肺的变形

• DOI: 10.1016/j.eswa.2021.115288
• 发表时间: 2021
• 期刊: Expert Systems with Applications
• 影响因子: 8.5
• 作者: Yamamoto Utako;Nakao Megumi;Ohzeki Masayuki;Tokuno Junko;Chen-Yoshikawa Toyofumi Fengshi;Matsuda Tetsuya
• 通讯作者: Matsuda Tetsuya

Bayesian optimization of target label patterns in MRI magnetic pulse design

MRI 磁脉冲设计中目标标签模式的贝叶斯优化

• 发表时间: 2021
• 作者: Utako Yamamoto;Hirohiko Imai;Masayuki Ohzeki;Takamasa Hori;Megumi Nakao;and Tetsuya Matsuda
• 通讯作者: and Tetsuya Matsuda

解剖学的ランドマークとの相対位置を用いたカーネル法による気胸肺の変形推定

使用与解剖标志的相对位置的核方法估计气胸肺变形

• 发表时间: 2021
• 作者: 山本詩子;中尾恵;大関真之;徳野純子;芳川豊史;松田哲也
• 通讯作者: 松田哲也

ベイズ的最適化を用いたタギングMRI の空間的タグパターンの最適化

使用贝叶斯优化优化用于标记 MRI 的空间标记模式

• 发表时间: 2021
• 作者: Utako Yamamoto;Hirohiko Imai;Masayuki Ohzeki;Takamasa Hori;Megumi Nakao;and Tetsuya Matsuda
• 通讯作者: and Tetsuya Matsuda