日時

平成27年7月22日(水) 14:30-16:00

場所

フロンティア医工学センター　B号棟1階会議室

発表者

Windra Swastika

題目

4D MRI reconstruction, modeling and disease analysis of thoracoabdominal organs

主査

山本悦治 教授

副査

兪文偉 教授，山口匡 教授，羽石秀昭 教授(指導教員)

要旨

The 4-dimensional magnetic resonance imaging (4D-MRI) is an imaging technique that reconstructs a 3D MRI with time series from a set of time sequential images of 2D MR. We developed an automatic process to reconstruct 4D-MRI using an intersection profile method. The automation process includes the extraction of diaphragm boundary and respiratory motion from time-series 2D-MRI. We also proposed a prospective method to reconstruct 4D-MRI in order to shorten the acquisition time while maintaining the quality of 4D-MRI. Although the prospective method is tested only in simulations using previously fully acquired data sets, it successfully reduced acquisition time of data slices up to 75%. A clinical application of 4D-MRI is also discussed in this thesis. First, diaphragm motion were extracted from 4D-MRI of 8 chronic obstructive pulmonary disease (COPD) patients and 8 healthy volunteers. The normalized displacement of the diaphragm motion were compared between COPD patients and healthy volunteers. The average of displacement of COPD patients tended to be smaller compared to healthy volunteers. Using the same diaphragm motion, we also generated inhalation phase length map which can be used to locate paradoxical motion in the diaphragm. Finally, we analyzed a statistical model of diaphragm motion using regular principal component analysis (PCA) and Generalized N-dimensional PCA (GND-PCA). Model analysis using GND-PCA provides smaller margin of error and was able to reconstruct the diaphragm model by fewer samples.
（日本語訳）
４次元MRI (4D-MRI)は時系列2次元画像群を空間的に3次元に再構築する技術である．本論文ではまず，過去に考案された交差プロファイル法と呼ぶ4D-MRI再構成法において，処理の自動化を実施した．処理は2次元MRI画像群からの横隔膜の抽出と呼吸運動の抽出から成る．論文ではまた，4D-MRIの画質を保ちつつデータ収集時間を短縮する処理法も提案した。レトロスペクティブに収集した画像データを用いて，提案する予測的データ収集法をシミュレートしたところ，データ収集時間を約1/4程度に短縮できることがわかった．また論文では，4D-MRIから抽出された横隔膜の運動解析を行った．8名のCOPD患者と8名の健常者データに対して横隔膜の体軸方向移動量を比較し，COPD患者の場合に移動量が小さくなる傾向があることを明らかにした．さらに横隔膜の呼吸位相マップを生成し奇異性呼吸運動の可視化にも成功した．最後に，横隔膜運動の統計解析を，通常の主成分分析および一般化Ｎ次元主成分分析により行った．後者の方法ではより少ない誤差での推定が達成された．