共同研究・競争的資金等の研究課題

本研究は、MRI・CT・超音波を用いて、フレイルの要因となる筋質・骨質を簡便かつ客観的に評価できる定量的画像バイオマーカーを確立し、臨床や健診で活用可能な指標として提供することを目的とする。これにより、各種疾患の病態把握、予後予測、治療方針決定、さらにはサルコペニアや脆弱性骨折の予防を通じて、健康寿命延伸と医療費削減への貢献を目指す。

本研究は、CTやMRIなどの医用画像から腫瘍の性質や変化を解析し、腫瘍内の再発しやすい部位を可視化する手法の開発を目的とする。さらに、その情報を放射線治療計画に活用し、患者ごとに最適な線量分布を設計することで、治療効果の向上と副作用の低減を目指す。これにより、個々の患者に応じた高精度な個別化放射線治療の実現に貢献する。

本研究では、MRIを用いて膵管の中を流れる膵液の速さと量を体に負担をかけずに調べる新しい方法を開発する。これまで膵液の機能評価には内視鏡など侵襲的な検査が必要であったが、本研究では画像から流れの情報と膵管の形の情報を組み合わせ、より簡便かつ安全に評価できるようにすることを目指す。これにより、慢性膵炎などの膵疾患の診断や病態の理解の向上に役立つことが期待される。

(1) 2重エネルギーCTという次世代のCTにおいて、従来の画像再構成法であるFiltered back projection法と比較し、新たな画像再構成法である逐次近似画像再構成法を用いることで画質が向上した。 (2) 従来のCTと比較し、2重エネルギーCTの方が、CT値の精度を含めた、定量的な画質が良好であった。 (3) 通常の単純CTでの冠動脈カルシウムスコアと、（2重エネルギーCTから作成される）仮想単純CT画像での冠動脈カルシウムスコアが、よく相関した。この結果から、将来的に、カルシウムスコア用単純CTを省くことによる、CT被ばく低減と検査時間短縮の可能性が示唆された。

１．新たな診断機器である立位（座位）胸部CTが日常臨床でルーチンに施行可能かを評価した。①立位CTの設置室への被験者の呼び入れ、②立位CT撮影のための被験者固定、③立位胸部CT撮影プロトコール、④立位CT撮影時間、⑤被験者の退出までのスループット、⑥画像ビュワーへの画像転送に関して評価し、立位CTを日常臨床でルーチンに施行可能であることを確認した。 ２．同一被験者に対し、通常の臥位CTと、立位（座位）CTの両方を撮影した。同一被験者の臥位CT画像と立位（座位）CT画像のそれぞれにおいて、CT画像での肺の体積を算出し、その違いを検討した。その結果、臥位と比較して、立位・座位では、有意に肺の体積が大きく、さらに肺の下葉においてその違いが大きいことが明らかとなった。この結果を第77回日本医学放射線学会総会（2018年4月12日～15日）で発表した。 ３．通常の臥位CT画像と立位（座位）CT画像のそれぞれの肺の体積と、呼吸機能検査でのTotal Lung Capacity（全肺気量）との関連性を検討した。その結果、臥位での肺の体積と比較して、立位・座位での肺の体積の方が、呼吸機能検査でのTotal Lung Capacity（全肺気量）の値と近いことが明らかとなった。通常の臥位CTと比較して、立位・座位CTの方が、より密接に呼吸機能検査結果と関連していると考えられた。この結果も第77回日本医学放射線学会総会（2018年4月12日～15日）で発表した。 交付申請書に記載した、平成29年度の研究実施計画通りに進捗しているため。 １．平成29年度に引き続き、同一被験者に対し、臥位CT、立位（座位）CTを施行する。そして、同一被験者の臥位CT画像と立位（座位）CT画像を比較し、各臓器の解剖学的構造の位置、肺野の体積、脈管径等について、その違いを検討する。 ２．平成29年度に引き続き、同一被験者に対し、臥位と立位（座位）の両方で、吸気と呼気のCTを撮影する。そして、臥位と立位（座位）での、肺や横隔膜の動きの違い、肺容積変化の違い、脈管径の変化等を検討する。 ３．臥位、立位（座位）CTでの臓器・脈管系の形態学的パラメーターと各種臨床データを比較する。 ４．引き続き、循環器内科や呼吸器内科の複数の医師と緊密な連携をとり、循環器疾患（主に肺高血圧症）、呼吸器疾患（主にCOPD/肺気腫）に対し立位（座位）CTを撮影し、立位（座位）CTの有用性を検討していく。

現在の画像診断学において、CTは単純X線写真よりも基本的に診断能が高い。ただし、単純X線写真は立位で撮影可能であるが、CTは立位で撮影できない、という決定的な違いがあった。現在の通常のCTは臥位で撮影されるため、ヒトの日常生活の状態(立位/座位)を反映しておらず、立位で増悪する病態を3次元的に画像化できていなかった。そこで我々は、国内メーカーと共同で320列立位CTを開発し、慶應義塾大学病院に世界第１号機を導入した(座位撮影も可能)。本研究では、新たな診断機器である立位CTを用いて、立位で症状が増悪する疾患の病態を画像的に明らかにし、立位/座位での新たな画像診断法の確立と病態の定量化を目指す。

現在の通常のCTは臥位で撮影するため、ヒトの日常生活の状態(立位/座位) を反映しておらず、立位/座位での様々な病態を3次元的に画像化できていなかった。そこで我々は産学共同で320列立位CTを開発し、当施設に世界第１号機を導入した。これまでの初期検討により、立位と臥位で解剖学的構造や各種病態はかなり異なる事が分かった。この初期結果をふまえ、本研究では、新たな診断機器である立位CTを用いて、立位荷重下でより顕著となる加齢性変化や各種病態を画像的に解明しつつ、立位/座位での新たな疾患早期検出法の確立を目指す。そして立位CTによる早期診断により、超高齢社会における健康寿命の更なる延伸、生活の質の向上を目指す。

リンパ疾患はリンパ浮腫だけでも世界に1.7億人の患者がおり、癌患者の増加、手術の高度化などを背景に増加している。しかしリンパ系は殆どの疾患で診断も治療も十分に確立されていない。この主な原因はリンパ管の簡便な画像診断がなく、現在でも可視化が容易ではない事にある。従って、画像診断の進歩によるリンパ管の可視化と動態の解明が、これらの診療と研究を導くキーである。本研究では、先進的MRイメージングと独自のマルチモダリティアプローチにより、リンパ系の新規画像診断法の確立を目指す。リンパ管画像診断のレベルを押し上げ、より低侵襲で精密な治療へ展開する事で、リンパ管疾患に苦しむ多くの患者に福音をもたらしたい。

これまでのCTは患者さんが仰向けに寝た臥位の静止撮影で、器質的疾患の定量・定性評価を担ってきた。それにより、生命予後の改善に貢献してきたが、動態である機能の定量・定性評価はほとんどできていなかった。現在は、超高齢化社会であり、生命予後と同時に健康長寿であることもとても重要である。 我々は、立位や座位での4次元画像が可能なCT（立位／座位CT）を開発した。これを用いて、健康長寿に必須である嚥下機能・排尿機能・歩行機能を健常人および患者さんにおいて3次元・4次元的に解明し、機能障害の機序と重症度分類、機能改善の指標になる所見を明らかにしていきたい。

これまでの医療の主な診断対象は生命寿命を規定する器質的疾患であったが、今後、機能性疾患を対象とした健康寿命の延伸の為の医療が重要になる。立位CTの導入により、姿勢・骨盤底の緩み・筋肉量など身体的フレイルの評価、立位で増悪する腰痛の診断・膝関節異常の早期発見・嚥下機能や排尿機能の評価など機能性障害の病態解明や早期診断が可能になる。また、放射線治療を座位の状態で行えればコストや設置面積を大幅に縮小できる。今回は、立位・座位で評価可能な人体の構造・機能を解明し、それに基づき、①身体的フレイルの評価、②機能性障害の病態解明と早期診断、③座位放射線治療の実現、の新たな診断・治療への有効性を明らかにする。

近年，CT装置の発展に伴い，従来法の冠動脈CT撮影法と比較して，より低被曝で撮像できる，逐次近似法を用いた冠動脈CT検査が臨床に導入されてきた．しかし，新たなCT検査法が，従来の方法と比較して，患者の診療に同等の価値を与えているかどうか，明確なエビデンスが不足している． 本研究では，従来の冠動脈CT検査法と新たな検査法を比較して，その後の患者の診療の流れ，および臨床的な転帰を比較検討する．本研究は国内多施設が参加する無作為化比較試験である．

本研究は、以下の3つの研究題目からなる。1) 個人別人体ボリュームモデル構築手法の開発：ボディスキャナから得られた個人の人体表皮形状から、CT画像テンプレートを使用して個人の人体ボリュームモデルを構築する。2) 個人別人体力学特性の同定手法の開発：1)より得られた個人の人体ボリュームモデルにもとづき、標準動作の計測データを入力として、個人の人体力学特性を同定する。3) 筋活性度に基づく力知覚量推定手法の開発：自身が発揮する接触力の大きさについて、どのように知覚しているかを、筋活性度を用いてモデル化する。

以前の課題で肺動脈血流を評価する際に、近位の高速血流と遠位の低速血流を同時に表示することができず、分枝レベルの血流評価が難しいという問題が浮上した。これに対応するため、計測血流の閾値である VENC (Velocity Encoding)を高速側と低速側に二重に設定する撮像方法を取り入れ、これによる、近位から遠位への肺動脈血流表示を連続的に行える可能性について検討をおこなった。 現在のデータでは、VENC として、200 cm/s と 80 cm/s を設定することにより、遠位肺動脈の描出が向上したが、さらに最適な組みあわせについて検討を進める必要がある。Dual VENC を取り入れた撮像は従来法の2倍の撮像時間がかかるため、10分くらいの検査時間を要した。また、画像データの後処理については、まだ未開拓であり、低速と高速VENCの画像を単純に足し合わせる方法しか実現できておらず、同時表示には至っていない。 今後の計画として、dual VENC による撮像時間の延長をなるべく短縮することと、後処理においては同時処理ができる後処理解析ソフトを導入する必要があり、その上で、健常者において、dual VENC 4D FLOWにより、どの程度のレベルまでの肺動脈血流評価が行えるか、検討を進める予定である。また、前課題において、ファロー４徴症術後患者においては、拡大した肺動脈内の渦流や螺旋流などの非層流が、MRI血流計測の正確性に影響することが示された。併せて、適切な断面設定のための方法を検討する。 Dual VENCを設定する撮像法は実現できたが、その後処理法が未確立である。現在は、低速と高速VENCの画像を足し合わせる方法しかなく、同時かつ連続的に処理・評価できる後処理解析ソフトが使えない。 Dual VENC 4D FLOWの低速と高速画像データを同時に処理できる後処理法の開発、あるいは、導入をすすめる。現在は低速データと高速データを別個に後処理したものを重ね合わせる方法を試みているが、一般的な画像処理ツールであるOsirixなどを用いて、汎用性のある方法がないか、検証をすすめる。また、昨年度使用した FLOVA の開発元である R-tech社にも改良ができないか、検討を御願いする。他の候補として、GTflow (gyrotools社）や CFD (Cardio Flow Design社）を利用することができないか、検討する。

これまで、慢性血栓塞栓性肺高血圧症(CTEPH)、ファロー四徴症(TOF)術後肺動脈弁逆流、大動脈二尖弁、カバードステント挿入後などの疾患に対して 4D flow MRI 撮像を行い、血流解析を行ってきた（60症例）。 CTEPH症例では、MRI検査後に行われた平均肺動脈圧(mPAP)と、4D flow により観察された肺動脈本幹内の渦流継続時間との間に良好な相関が観測されたが（N=12, R2=0.83)、渦流が強く観察された2症例ではmPAP過大評価、肺動脈弁閉鎖不全がある症例ではmPAP過小評価が起きた。渦流継続時間の計測は、mPAP推定に有用であったが、前記の環境下では評価に注意が必要と考えられた。また、同一撮像条件と後処理法で行った解析結果であるので、他の条件下でも同様な結果が得られるか、汎用化するためにはさらに検討が必要と考えられた。肺動脈分枝ごとの血流計測も試みる計画であったが、折り返しを防ぐために設定する速度エンコード(VENC)を比較的高速域に設定せざるを得なかったため、流速が遅いと思われる肺葉分岐レベルの血流を十分に描出することが困難であった。 TOF術後症例においては、従来の2D法では肺動脈と大動脈の血流量計測に乖離がみられる例がしばしばあったが、Volumeでデータを取得する4D flow法では、その差は改善された。ただし、in-flow効果により、撮像方向に依存して差を生じる可能性も指摘されたので、注意を要する。 大動脈二尖弁の解析では、上行大動脈に生じる渦流や螺旋流の形態が異なる例が見られ、その後の動脈拡張に影響する可能性が示唆された。ステント挿入後の症例では、ステントからの金属アーチファクトの影響は少なく、4D flowを応用できる可能性も示唆されたが、endoleakを検出するためには遅い血流に対応する必要があると考えられた。 肺動脈分枝ごとの血流計測も試みる計画であったが、折り返しを防ぐために設定する速度エンコード(VENC)を比較的高速域に設定せざるを得なかったため、流速が遅いと思われる肺葉分岐レベルの血流を十分に描出することが困難であった。 また、非侵襲的な検査とするため造影剤を使わない状態での計測を主体としてきたが、肺葉分枝レベルの描出が難しく、血管像の作成が困難であった。この点については、造影剤の使用や、後処理装置の変更を含めた対応が必要と考えられた。 当初、TAVI施行例での計測も予定していたが、金属アーチファクトの影響が避けられず、検討対象から除外した。 低速域に対する二重VENC法を利用できるシーケンスを導入することと、分枝レベルの血管描出を平易にするため、後処理装置の変更を考慮する。

基礎検討では、4次元CTで計測した流速は超音波の流速値と比例関係にあり、CTで流速計測が可能になることを示した。 次に臨床応用を４つの領域で検討した。鼻咽頭機能評価では、閉鎖不全腔を定量評価できることから重症度判定が正確で、従来のX線検査及び侵襲のある喉頭鏡を置換できる可能性があることを示せた。ステントグラフト後のendoleak評価では、従来のCTと比べ４次元CTは診断能が向上し、多くの症例で血管造影を置換できることを示せた。更に、排尿中に４次元CTを撮影すると排尿機能を評価でき、排尿障害患者の様々な尿路閉塞の原因を特定できることを示した。整形領域では、関節運動の定量評価ができることを示した。