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Development of intraoperative realtime diagnostic imaging technique for brain tissue viability by using RGB camera

Research Project

Project/Area Number 20H04513
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

Nishidate Izumi  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70375319)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小久保 安昭  山形大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (40343074)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
KeywordsRGBカメラ / 脳組織 / 生体臓器 / 組織バイアビリティ / 組織酸素飽和度 / リアルタイムイメージング / 術中モニター / 拡散反射イメージング / バイアビリティ / 血流量 / 光散乱特性 / RGBカラーカメラ
Outline of Research at the Start

本研究の概要は、RGBカラーカメラを利用して脳組織の血流量、組織酸素飽和度および組織・細胞の微細構造変性を可視化する方法を開発し、術中の組織バイアビリティを定量評価することが可能な診断支援イメージングシステムを実現することである。術中の脳表面から得られるカラー動画像を時間フレーム毎に組織分光学的アプローチでヘモグロビンの吸光スペクトルや組織の光散乱特性を解析することで、単位体積あたりの血液量や組織酸素飽和度に加え、脳組織の平均的な細胞サイズの空間分布をリアルタイムに把握することにより、脳組織の血流、組織への酸素供給、脳組織の不可逆的なダメージを判断するための新たな画像診断システムを開発する。

Outline of Final Research Achievements

We have developed a new imaging system integrated into the surgical microscope that supports the determination of tissue viability, such as blood flow in brain tissue, tissue oxygen saturation, and irreversible damage to brain tissue. Experiments with small animals have confirmed the validity of the proposed method and system. Furthermore, we conducted a verification test of real-time intraoperative viability monitoring in human cerebrovascular surgery, confirming the validity and usefulness of the developed method.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題で開発したシステムにより、執刀医の暗黙知や経験に依らない迅速な診断・治療が可能になり、安全性・治療成績の向上等の手術支援において有益な効果をもたらす。また、病気の予防や治療後の予後判定にも活用できる新しい診断法の開発にもつながり、患者のQOLを飛躍的に向上させることに貢献する。脳外科以外の領域の術中にも利用可能であり、様々な診療科において手術成績の大幅な向上と医療費の削減につながる。提案法により得られる組織バイアビリティは、デジタルデータとして収集・保存されるため、AIやICTを活用した革新的な手術支援ロボットや内視鏡システムの開発において、有用な教師データとして活用できる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] In vivo imaging of nitric oxide in the male rat brain exposed to a shock wave2023

    • Author(s)
      Satoko Kawauchi, Masaki Inaba, Yuriko Muramatsu, Akemi Kono, Izumi Nishidate, Takeshi Adachi, Ibolja Cernak, Shunichi Sato
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience Research

      Volume: 101 Issue: 6 Pages: 976-989

    • DOI

      10.1002/jnr.25172

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effects of Isolated and Combined Exposure of the Brain and Lungs to a Laser-Induced Shock Wave(s) on Physiological and Neurological Responses in Rats2022

    • Author(s)
      Kawauchi S, Yoshida K, Osawa T, Muramatsu Y, Nawashiro H, Karna SP, Gupta RK, Nishidate I, Sato S.
    • Journal Title

      Journal of Neurotrauma

      Volume: 39 Issue: 21-22 Pages: 1533-1546

    • DOI

      10.1089/neu.2022.0101

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 総頚動脈結紮により誘発されたマウス脳血流の自発的低周波振動の解析2023

    • Author(s)
      渡部菜生,川内聡子,佐藤俊一,佐藤学,小久保安昭,西舘泉
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] マウス虚血性脳梗塞モデルの脳組織血行動態と光散乱特性のin vivo評価2023

    • Author(s)
      中村文乃,川内聡子,佐藤俊一,佐藤学,小久保安昭,西舘泉
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 硬性内視鏡システムを用いた腹腔内臓器の術中リアルタイム血行動態評価のための基本検討2023

    • Author(s)
      鈴木結理佳,神代竜一,栗山直剛,池田哲夫,長原一,西舘泉
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 光伝搬数値計算に基づくRGB画像解析と術中脳組織酸素飽和度イメージングへの応用2022

    • Author(s)
      西舘泉
    • Organizer
      脳循環代謝サマーキャンプ2022
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Pharmacological reduction of shock wave-induced astroglial scarring in the rat brain2022

    • Author(s)
      S. Kawauchi, S. Seki, Y. Muramatsu, A. Kono, Y. Komuta, I. Nishidate and S. Sato
    • Organizer
      The 6th International Forum on Blast Injury Coutermeasures (IFBIC 2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硬性内視鏡システムを用いた腹腔内臓器の術中リアルタイム血行動態観察に向けた基礎検討2022

    • Author(s)
      鈴木結理佳,西舘泉,神代竜一,栗山直剛,池田哲夫,長原一
    • Organizer
      電気学会 光・量子デバイス研究会 バイオメディカルフォトニクス応用
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      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] RGB-based Real-time Monitoring of Brain Tissue Viability During Neurosurgery2021

    • Author(s)
      Izumi Nishidate, Satoko Kawauchi, Shunichi Sato, Manabu Sato, and Yasuaki Kokubo
    • Organizer
      Symposium on Multimodal Medical Engineering (MME, 2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] RGB camera-based diffuse reflectance imaging of cerebral hemodynamics in rat brain exposed to a Laser-induced shock wave2021

    • Author(s)
      Izumi Nishidate, Satoko Kawauchi, and Shunichi Sato
    • Organizer
      The 5th International Forum on Blast Injury Coutermeasures (IFBIC 2021)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 術中リアルタイム脳組織酸素飽和度イメージングシステムに関する基礎研究2021

    • Author(s)
      高田智郁,中村文乃,渡部菜生,川内聡子,佐藤俊一,佐藤学,小久保安昭,西舘泉
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2021
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] RGBカメラを用いた脳組織局所酸素飽和度のリアルタイムイメージング2021

    • Author(s)
      西舘 泉,加賀 祐紀,高田 知郁,佐藤 学,小久保 安昭
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 脳神経外科手術におけるRGBカメラによる術中リアルタイム脳組織酸素飽和度モニタリングシステムの開発2021

    • Author(s)
      佐藤 慎治, 小久保 安昭, 中村 和貴, 佐野 顕史, 五十嵐 晃平, 下川 友侑, 川並 香菜子, 板垣 寛, 西館 泉, 園田 順彦
    • Organizer
      第30回 脳神経外科手術と機器学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] RGBカメラを用いた生体医用イメージング2020

    • Author(s)
      西舘 泉
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] Biomedical Photonics Laboratory

    • URL

      http://www.tuat.ac.jp/~bmp-mpg/index.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京農工大学研究者情報

    • URL

      https://kenkyu-web.tuat.ac.jp/profile/en.915a4ad86e355306c39ef6ae444adb49.html

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京農工大学研究者情報

    • URL

      https://kenkyu-web.tuat.ac.jp/Profiles/15/0001427/profile.html?lang=ja

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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