脳形態画像に基づく3次元血流場推定ネットワークの開発

基于脑形态学图像的3D血流场估计网络的开发

基本信息

批准号：
22K12795
负责人：
安西眸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
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

项目摘要

本研究では深層学習技術により脳形態画像から生体内の流れ場を瞬時に推定する手法の検証を目的とする．そのため，2022年度は深層学習ネットワークを学習するための擬似データ作成技術の開発およびデータ作成を行った．3次元的な構造物に対し，形状特徴を保った擬似データを生成する既存技術として，統計形状モデルが存在する．しかしながら血管のような連続的で複雑な構造を持った物体に対して，構造を保ったままデータ生成を行うことは難しかった．そこで，血管構造の中心線化を行い低次元データとしてデータ拡張を行った．1つ目のアプローチとして連続構造を保つために中心線に相対座標系を導入し，大動脈・頸動脈系の統計形状モデルを作成した．これにより，医療画像における患者の位置や体位，体形に依存する血管の位置ずれの影響を抑制することを可能とした．さらに，血管部位ごとの変形に容易に対応できるため，より多様な形状を生成可能とした．相対座標系によるアプローチは国際学会2件，国内学会1件の発表を行っており，国内外から高い評価を得ている．2つ目のアプローチとして，中心点座標の連続性と分布の正規性に着目したデータ拡張技術であるMVND法の開発を行った．本手法では多数の中心線座標点の共分散から多変量正規分布を生成し，正規分布からサンプリングすることで多数の擬似データを生成する．正規分布に沿ってサンプリングを行うため，多くのデータは平均値の周りに集中し、平均値から離れた極端な値は稀で生成される傾向を再現可能とした．そのため，擬似的なコホートとして血管形状データを作成することが可能となり，深層学習に必要な大量のデータを容易に取得することを可能とした．本アプローチは2件の国際学会，2件の国際ワークショップで発表を行っており，現在論文として取りまとめている．

本研究的目的是验证一种使用深度学习技术从大脑形态图像瞬时估计体内流场的方法。因此，在2022财年，我们开发了伪数据创建技术，创建了用于学习深度学习网络的数据。统计形状建模作为一种现有技术存在，用于生成保留三维结构的形状特征的伪数据。然而，对于血管等具有连续且复杂结构的物体，很难在生成数据的同时保留其结构。因此，我们对血管结构进行中心线化，并将数据扩展为低维数据。作为第一种方法，我们引入了中心线的相对坐标系以保持连续结构，并创建了主动脉/颈动脉系统的统计形状模型。由此，能够抑制因医用图像中的患者的位置、姿势、体形而导致的血管错位的影响。此外，由于它可以容易地适应每个血管部位的变形，因此可以生成更多样化的形状。利用相对坐标系的方法已在2个国际会议和1个国内会议上提出，并得到了国内外的高度评价。作为第二种方法，我们开发了 MVND 方法，这是一种数据增强技术，重点关注中心点坐标的连续性和分布的正态性。该方法通过大量中心线坐标点的协方差生成多元正态分布，并通过对正态分布进行采样生成大量伪数据。由于采样是沿着正态分布进行的，所以大部分数据都集中在平均值附近，远离平均值的极值很少，从而可以再现所产生的趋势。因此，可以将血管形状数据创建为伪队列，从而可以轻松获取深度学习所需的大量数据。该方法已在两次国际会议和两次国际研讨会上提出，目前正在汇编为论文。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Explore the Shaping Effects of Arteriovenous Fistula on Haemodynamics in Patients Receiving Haemodialysis

探讨动静脉内瘘对血液透析患者血流动力学的塑造作用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mingzi Zhang;Makoto Ohta;Itsu Sen;Yujie Li;Hitomi Anzai;Takeda Kazuki
通讯作者：
Takeda Kazuki

Observation of Endothelial Cell Response to Various Stenting Deployment in an In-Vitro Flow System

观察体外流动系统中内皮细胞对各种支架置入的反应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hanif Saifurrahman;Zi Wang;Yukiko Kojima;Makoto Ohta;Hitomi Anzai
通讯作者：
Hitomi Anzai

Angioscopy Visibilities for Stenotic Arteries using Computational Fluid Dynamics

使用计算流体动力学对狭窄动脉进行血管镜检查

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Daisuke Goanno;Kohei Mitsuzuka;Yujie Li;Mingzi Zhang;Kazunori Horie;Kazuki Takeda;Yutaro Kohata;Hitomi Anzai and Makoto Ohta
通讯作者：
Hitomi Anzai and Makoto Ohta

Flow chamber for evaluation of Endothelial cell adhesion on stent struts

用于评估支架支柱上内皮细胞粘附的流动室