Development of a novel augmented reality navigation system to project brain surgery on the scalp

• Project/Area Number: 24592145
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Cerebral neurosurgery
• Research Institution: Kyorin University
• Principal Investigator: MARUYAMA Keisuke 杏林大学, 医学部, 学内講師 (10345192)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): KIN Taichi 東京大学, 医学部, 助教 (90447392) ; KAMADA Kyosuke 旭川医科大学, 医学部, 教授 (80372374)
• Research Collaborator: HASHIMOTO Naoki 電気通信大学, 情報理工学研究科, 准教授 (70345354)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2012: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 脳神経外科 / 医用画像 / 手術シミュレーション / 手術ナビゲーション / 画像処理

Outline of Final Research Achievements

We developed an imaging processing system to obtain three-dimensional images based on neuroimaging before neurosurgery to utilize during surgery. We introduced imaging processing software OsiriX and visualization software Paraview for Macintosh computer, simulation software Amira for Windows workstation, and iPad software KiwiViewer. We newly developed a specialized projector arm equipped with Kinect sensor to project three-dimensional images directly on the scalp instead of computer display to realize augmented reality.

Research Products

• [Journal Article] クラウドサービスを有効活用しよう, 日常診療に役立つIT (2015)
  • Author(s): 丸山 啓介
  • Journal Title: 脳神経外科速報 Volume: 25 Pages: 318-322
• [Journal Article] データバックアップは必須です, 日常診療に役立つIT (2015)
  • Author(s): 丸山 啓介
  • Journal Title: 脳神経外科速報 Volume: 25 Pages: 94-97
• [Journal Article] Management of Ruptured Cerebral Aneurysms Presenting Mainly with Intraventricular Hemorrhage (2014)
  • Author(s): 丸山 啓介、山口 竜一、野口 明男、佐藤 栄志、塩川 芳昭
  • Journal Title: Surgery for Cerebral Stroke Volume: 42 Issue: 6 Pages: 447-452
  • DOI: 10.2335/scs.42.447
  • NAID: 130004878997
  • ISSN: 0914-5508, 1880-4683
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neurosurgical simulation by interactive computer graphics on iPad (2014)
  • Author(s): Maruyama K, Kin T, Saito T, Suematsu S, Gomyo M, Noguchi A, Nagane M, Shiokawa Y
  • Journal Title: Int J Comput Assist Radiol Surg Volume: 9 Issue: 6 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1007/s11548-014-0993-0
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 医学書の整理術／活用術, 日常診療に役立つIT (2014)
  • Author(s): 丸山 啓介
  • Journal Title: 脳神経外科速報 Volume: 24 Pages: 1250-1253
• [Journal Article] iMovieで拡張高い手術ビデオを作ろう, 日常診療に役立つIT (2014)
  • Author(s): 丸山 啓介
  • Journal Title: 脳神経外科速報 Volume: 24 Pages: 1026-1029
• [Journal Article] iMovieでの手術ビデオ編集の基本, 日常診療に役立つIT (2014)
  • Author(s): 丸山 啓介
  • Journal Title: 脳神経外科速報 Volume: 24 Pages: 798-802
• [Journal Article] 動画扱いのスペシャリストになろう, 日常診療に役立つIT (2014)
  • Author(s): 丸山 啓介
  • Journal Title: 脳神経外科速報 Volume: 24 Pages: 582-586
• [Journal Article] 「速い」「安い」「旨い」パソコン選び, 日常診療に役立つIT (2014)
  • Author(s): 丸山啓介
  • Journal Title: 脳神経外科速報 Volume: 24 Pages: 337-341
• [Journal Article] Radiosurgery for brainstem arteriovenous malformation (2013)
  • Author(s): Maruyama K
  • Journal Title: Progress in Neurological Surgery Volume: 27 Pages: 67-72
  • DOI: 10.1159/000341639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] One-Stage Clipping of Bilateral Middle Cerebral Artery Aneurysms Via the Bilateral Pterional Keyhole Approach (2013)
  • Author(s): Maruyama K, Kurita H, Yamaguchi R, Noguchi A, Shiokawa Y
  • Journal Title: Neurologia medico-chirurgica Volume: 53 Issue: 3 Pages: 148-152
  • DOI: 10.2176/nmc.53.148
  • NAID: 10031138793
  • ISSN: 0470-8105, 1349-8029
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 脳腫瘍の術中navigationで参照する適切な融合画像の選択 (2013)
  • Author(s): 丸山啓介, 小林啓一, 田中雅樹, 野口明男, 土屋一洋, 小林邦典, 永根基雄, 塩川芳昭
  • Journal Title: CI研究 Volume: 35 Pages: 13-20
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Outcomes of diffusion tensor tractography-integrated stereotactic radiosurgery (2012)
  • Author(s): Koga T, Maruyama K, et.al
  • Journal Title: Int J Radiat Oncol Biol Phys Volume: 82 Issue: 2 Pages: 799-802
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2010.11.046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Serum pentosidine, an advanced glycation end product, indicates poor outcomes after acute ischemic stroke (2012)
  • Author(s): Ikeda T, Maruyama K, et.al
  • Journal Title: J Stroke Cerebrovasc Dis Volume: (on line) Issue: 5 Pages: 386-390
  • DOI: 10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2010.10.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 集中治療室の看護師に知っておいてほしい脳外科領域における基本的画像読影 (2012)
  • Author(s): 丸山啓介
  • Journal Title: 重症集中ケア Volume: 11 Pages: 104-111
• [Journal Article] Integration of Corticospinal Tractography Reduces Motor Complications After Radiosurgery (2011)
  • Author(s): Koga T, Shin M, Maruyama K, Kamada K, Ota T, Itoh D, Kunii N, Ino K, Aoki S, Masutani Y, Igaki H, Onoe T, Saito N
  • Journal Title: Int J Radiat Oncol Biol Phys Volume: (on line) Issue: 1 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2011.05.036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extended field stereotactic radiosurgery for recurrent glioblastoma (2011)
  • Author(s): Koga T, Maruyama K, Tanaka M, Ino Y, Saito N, Nakagawa K, Shibahara J, Todo T
  • Journal Title: Cancer Volume: (on line) Issue: 17 Pages: 4193-4200
  • DOI: 10.1002/cncr.27372
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CEA周術期におけるINVOSのパターン解析 (2015)
  • Author(s): 岡田 啓、脊山 英徳、鳥居 正剛、岡村 耕一、丸山 啓介、山田 深、傳法 倫久、塩川 芳昭
  • Organizer: 第44回日本脳卒中の外科学会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] Eloquent AVMに対するiPadでの術前シミュレーション (2015)
  • Author(s): 丸山 啓介、野口 明男、金 太一、久米 賢、塩川 芳昭
  • Organizer: 第44回日本脳卒中の外科学会
  • Place of Presentation: 広島
  • Year and Date: 2015-03-26
• [Presentation] 傍鞍部腫瘍に対する耳鼻科との4 hands endonasal surgery (2015)
  • Author(s): 丸山 啓介、横井 秀格、山口 竜一、野口 明男、甲能 直幸、塩川 芳昭
  • Organizer: 第2回手技にこだわる脳神経外科ビデオカンファレンス
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-01-24
• [Presentation] iPadを用いたコンピューターグラフィックスによる術前シミュレーション操作 (2014)
  • Author(s): 丸山 啓介、金 太一、野口 明男、永根 基雄、塩川 芳昭
  • Organizer: 第73回日本脳神経外科学会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-09
• [Presentation] Experience of IN Vivo Optical Spectroscopy during and after carotid endarterectomy (2014)
  • Author(s): Okada K, Maruyama K, Torii M, Okamura K, Seyama H, Yamada S, Dembo T, Shiokawa Y
  • Organizer: 12th Japanese-Korean Friendship Conference on Surgery for Cerebral Stroke
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-09-27
• [Presentation] Multimodality surgery including preoperative simulation for vascular malformations in the eloquent area (2014)
  • Author(s): Maruyama K, Tanaka M, Okada K, Noguchi A, Shiokawa Y
  • Organizer: 12th Japanese-Korean Friendship Conference on Surgery for Cerebral Stroke
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-09-26
• [Presentation] 傍鞍部腫瘍に対するendoscopic skull base surgery (2014)
  • Author(s): 久米 賢、丸山 啓介、山口 竜一、野口 明男、塩川 芳昭
  • Organizer: 第19回日本脳腫瘍の外科学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] コンピューターグラフィックスによる術前シミュレーションとiPadでの閲覧の有用性 (2014)
  • Author(s): 岡田 啓、丸山 啓介、金 太一、野口 明男、永根 基雄、塩川 芳昭
  • Organizer: 第14回日本術中画像情報学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-07-12
• [Presentation] 傍鞍部腫瘍に対するendoscopic skull base surgeryの適応と限界（シンポジウム「Endoscopic skull base surgery～適応と限界～2」 ） (2014)
  • Author(s): 丸山 啓介、横井 秀格、山口 竜一、野口 明男、甲能 直幸、塩川 芳昭
  • Organizer: 第26回日本頭蓋底外科学会
  • Place of Presentation: 幕張
  • Year and Date: 2014-06-19
• [Presentation] Optimization of the role of endoscope in transsphenoidal surgery (2014)
  • Author(s): Maruyama K, Yokoi H, Yamaguchi R, Noguchi A, Kono N, Shiokawa Y
  • Organizer: 6th World Congress for Endoscopic Surgery of the Brain, Skull base, and Spine
  • Place of Presentation: Milan, Italy
  • Year and Date: 2014-04-14
• [Presentation] Eloquent area血管奇形への術前シミュレーションを併用した集学的手術 (2014)
  • Author(s): 丸山啓介、末松慎也、宮崎功、木崎直人、野口明男、塩川芳昭
  • Organizer: 第43回日本脳卒中の外科学会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 頭蓋底手術支援のための多種の術前・術中画像使用の刷新（シンポジウム「頭蓋底外科における術前シミュレーション」） (2013)
  • Author(s): 丸山 啓介、野口 明男、五明 美穂、宮崎 功、小柳 正道、土屋 一洋、塩川 芳昭
  • Organizer: 第25回日本頭蓋底外科学会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] 術前・術中画像ツールを駆使した安全な脳腫瘍の手術 (2013)
  • Author(s): 丸山 啓介、末松 慎也、野口 明男、塩川 芳昭
  • Organizer: 第18回日本脳腫瘍の外科学会
  • Place of Presentation: 大津
• [Presentation] 頭蓋底腫瘍に対する術前・術中ツールを駆使した手術戦略 (2013)
  • Author(s): 丸山 啓介、末松 慎也、野口 明男、五明 美穂、宮崎 功、小柳 正道、塩川 芳昭
  • Organizer: 第72回日本脳神経外科学会総会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Free software DICOM viewerを用いた外傷性頭蓋内血腫画像の検討 (2013)
  • Author(s): 田中 雅樹、丸山 啓介、塩川 芳昭
  • Organizer: 第72回日本脳神経外科学会総会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 経鼻経蝶形骨アプローチにおける内視鏡の役割の最適化（シンポジウム「内視鏡操作」） (2013)
  • Author(s): 丸山 啓介、山口 竜一、野口 明男、塩川 芳昭
  • Organizer: 第20回日本神経内視鏡学会
  • Place of Presentation: 山梨
• [Presentation] 脳動脈瘤クリッピング術を次世代に継承するための工夫 (2012)
  • Author(s): 丸山啓介, 山口竜一, 河合拓也, 鳥居正剛, 野口明男, 塩川芳昭
  • Organizer: 第41回日本脳卒中の外科学会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] Surgical strategy for tuberculum sellae meningioma after introduction of extended transsphenoidal approach (2012)
  • Author(s): Maruyama K, Yamaguchi R, Noguchi A, Shiokawa Y
  • Organizer: 63rd annual meeting of the German Society of Neurosurgery, 7th Joint meeting with the Japanese Neurosurgical Society
  • Place of Presentation: ライプチヒ、ドイツ
• [Presentation] 傍鞍部腫瘍に対する経鼻・開頭手術の使い分け (2012)
  • Author(s): 丸山啓介, 山口竜一, 野口明男, 塩川芳昭
  • Organizer: 第24回日本頭蓋底外科学会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] One-stage clipping of bilateral middle cerebral aneurysms via pterional keyhole approach (2012)
  • Author(s): Maruyama K, Kurita H, Yamaguchi R, Noguchi A, Shiokawa Y
  • Organizer: 11th Japanese-Korean Friendship Conference on Surgery for Cerebral Stroke
  • Place of Presentation: ソウル、韓国
• [Presentation] Clinical analysis of outcome after hemorrhage at the caudate nucleus (2012)
  • Author(s): Shimada D, Maruyama K, Okamura K, Noguchi A, Shiokawa Y
  • Organizer: 11th Japanese-Korean Friendship Conference on Surgery for Cerebral Stroke
  • Place of Presentation: ソウル、韓国
• [Presentation] Gliomaの摘出範囲決定におけるPET画像融合の有用性 (2012)
  • Author(s): 島田大輔, 小林啓一, 丸山啓介, 田中雅樹, 原由紀子, 土屋一洋, 永根基雄, 塩川芳昭
  • Organizer: 第71回日本脳神経外科学会総会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 傍鞍部腫瘍に対し経鼻・開頭手術をいかに選択すべきか (2012)
  • Author(s): 丸山啓介, 山口竜一, 野口明男, 塩川芳昭
  • Organizer: 第71回日本脳神経外科学会総会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 脳腫瘍の術中ナビゲーションへの多モダリティー画像の融合 (2012)
  • Author(s): 末松慎也, 丸山啓介, 小林啓一, 土屋一洋, 永根基雄, 塩川芳昭
  • Organizer: 第46回多摩脳神経外科懇話会
  • Place of Presentation: 多摩
• [Book] 内頚動脈の画像診断とシミュレーション. 井川房夫、宮地 茂(編): 内頚動脈瘤 （ICA Aneurysm）のすべて 遠位部 (supraclinoid) ―シミュレーションで経験する手術・IVR (2015)
  • Author(s): 丸山 啓介、塩川 芳昭（分担執筆）
  • Publisher: メディカ出版
• [Book] 側頭葉およびその近傍の腫瘍（中頭蓋窩も含む). 日本臨牀(別冊): 神経症候群（第2版）Ⅲ－その他の神経疾患を含めて－ (2014)
  • Author(s): 丸山 啓介、塩川 芳昭（分担執筆）
  • Publisher: 日本臨床社
• [Book] シミュレーションと手術の実際 末梢、その他②. 井川房夫、宮地茂(編): 中大脳動脈瘤のすべて ―シミュレーションで経験する手術・IVR (2014)
  • Author(s): 丸山啓介、塩川芳昭（分担執筆）
  • Publisher: メディカ出版
• [Book] 脳の腫れ: 術中および術後の対応. 大畑建治(編): NS now No. 18 脳神経外科手術のトラブルシューティング (2012)
  • Author(s): 丸山啓介, 塩川芳昭
  • Publisher: メジカルビュー社
• [Book] 下垂体腺腫. 塩川芳昭, 阿部光代, 星恵理子(編): ビジュアル 看護手順と疾患ガイド「脳神経ケア」 (2012)
  • Author(s): 丸山啓介
  • Publisher: 照林社
• [Book] 神経内視鏡手術. 塩川芳昭, 阿部光代, 星恵理子(編): ビジュアル 看護手順と疾患ガイド「脳神経ケア」 (2012)
  • Author(s): 丸山啓介
  • Publisher: 照林社
• [Book] 定位脳手術. 塩川芳昭, 阿部光代, 星恵理子(編): ビジュアル 看護手順と疾患ガイド「脳神経ケア」 (2012)
  • Author(s): 丸山啓介
  • Publisher: 照林社