体内深層の微細構造を立体的に観察する次世代MRI超精細3Dモデリング技術の開発

开发新一代MRI超高清3D建模技术，三维观察体内深部微结构

• 批准号: 22K12243
• 负责人: 長谷川 昌也
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: University of Toyama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12243/
• 关键词: MRI; Non-harmonic Analysis; 超精度解析; 3Dモデリング; 超精細技術; Non-Harmonic Analysis; 医用断層撮影技術

超精度信号解析技術であるNHAをMRIへ応用し、1.5テスラMRIで観察が困難な100μm以下の構造を有する体内深層の微細構造を3次元的に観察する超精細3Dモデリング技術の開発を目的として研究を行った。本研究では、1.5テスラMRIによる計測データから高精細MRI画像を作成し、従来の装置より体内深層を高分解能で3Dモデル化できる可能性に関して検討を行った。令和4年度は、0.1mm以下の細径の管構造が多く存在する植物維管束を物理ファントムとして、1.5テスラ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FSE法による撮像を行った。撮像の際に、計測開始位置を0.1mmずつ移動させ、仮想的にスライス間隔を0.1mmとすることで、より正確な3Dモデルを作成することを試みた。計測データからNHA解析により作成された高精細MRI画像に対し、前処理としてモルフォロジー演算やマスキングを適用しノイズ処理を行い、医用画像解析ソフトOsirixによるセグメンテーションとレンダリングによって高精細3Dモデリングを行った。撮像後、約0.3mmの切片を作成しメチレンブルーによって細胞壁を染色し、光学顕微鏡(DSX1000、OLYMPUS)による断面画像から、導管、師管の分布を詳細に観察しMRI画像と比較した。実験結果より、従来法では、導管と師管の分離が難しく、管の密集構造が約0.3mmのひとつの管として表現された。一方、NHAによる3Dモデルでは、維管束内で複数の管状構造が確認できており、0.1mm以下の師管と導管が分離して表現されている可能性がある。今後はスライス間の構造接続性や3Dモデル化パラメータの最適化を行う予定である。

The ultra-precision signal analysis technology is used for MRI, 1.5-degree MRI, and the structure below 100μm is difficult to detect. The ultra-fine 3D signal analysis technology is used for research. In this study, we investigated the possibility of high resolution 3D imaging in deep layers of the body using a 1.5-degree MRI scanner. In the fourth year of this year, there are many small diameter tube structures with a diameter of less than 0.1 mm. The imaging of plant vascular bundles is carried out by using the FSE method. When capturing images, the measurement start position is 0.1mm, the desired distance is 0.1mm, and the correct 3D distance is created. The measurement and analysis of NHA can be used for high-resolution MRI imaging, pre-processing and high-resolution MRI imaging. After imaging, about 0.3 mm sections were prepared for cell wall staining, optical microscopy (DSX1000, OLYMPUS), cross-section images, ducts, and tube distributions were examined in detail, and MRI images were compared. As a result, it is difficult to separate the tube from the tube, and the dense structure of the tube is about 0.3mm. A square, NHA, 3D, multiple tubular structures in vascular bundles are identified, and the possibility of separation of tubular structures below 0.1 mm is high. In the future, the structural connectivity between the two types of materials shall be determined by the optimization of the 3D model.