多元ヒト脳図譜データベースによる脳深部刺激療法支援システム

• Project Area: Multidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
• Project/Area Number: 17H05299
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 諸岡 健一 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (80323806)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 脳図譜 / 多元脳図譜データベース / 脳外科手術支援システム / 多元脳図譜 / 脳図譜データベース / DeepFEM / 画像 / 情報工学 / 脳・神経

Outline of Annual Research Achievements

申請者は，世界初の試みである，1体の日本人献体脳を用いて，脳表から組織・細胞構造までの形態解剖・生理情報を内蔵した精緻なデジタル脳図譜}を開発中である．当該研究は，この標準脳図譜を基盤に，1)性別・年齢(時間軸)や疾患(病理軸)などに特異的な多元脳図譜データベースと，2)これに基づき標準脳図譜を変形させ，脳内構造の個人差・疾患特異性に対応した患者固有脳図譜推定法を構築することで，次世代テイラーメイド脳外科手術支援システムの開発を目的とする．
平成30年度では，複数の脳図譜間の対応付け法を構築した．データベース構築には，脳図譜間の対応付が必要である．ここで，脳図譜は，脳表上や脳内部にある頂点と，それを接続した四面体からなるボリュームモデルである．一方，ヒトの脳形状が異なり，また異なるヒトの脳図譜ボリュームモデルは．必ずしも同一頂点数・パッチ数とは限らない．そこで，脳図譜ボリュームモデルを，形状が単純な目標体に写像する方法を構築した．
6つの脳のボリュームモデルを使って，平均的な脳形状を有する目標体に写像する実験を行った．ここで，脳ボリュームモデルは，脳表と２つの内部構造（脳室１：側脳室と第3脳室，脳室２：第4脳室）を持つ．いずれの写像においても，提案手法は脳ボリュームモデルを四面体の自己交差を極力少なくしつつ，モデルを目標体に写像できたことを確認した．また，この写像結果から，逆に目標体のボリュームモデルから脳図譜を復元することで，全ての脳図譜を目標体のボリュームモデルで統一的に記述でき，脳図譜間の対応付けが可能となった．

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)
• [Journal Article] Ancient pelvis reconstruction from collapsed component bones using statistical shape models (2018)
  • Author(s): Morooka Ken’ichi、Matsubara Ryota、Miyauchi Shoko、Fukuda Takaichi、Sugii Takeshi、Kurazume Ryo
  • Journal Title: Machine Vision and Applications Volume: 30 Issue: 1 Pages: 59-69
  • DOI: 10.1007/s00138-018-0972-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fast modified Self-organizing Deformable Model: Geometrical feature-preserving mapping of organ models onto target surfaces with various shapes and topologies (2018)
  • Author(s): Miyauchi Shoko、Morooka Ken’ichi、Tsuji Tokuo、Miyagi Yasushi、Fukuda Takaichi、Kurazume Ryo
  • Journal Title: Computer Methods and Programs in Biomedicine Volume: 157 Pages: 237-250
  • DOI: 10.1016/j.cmpb.2018.01.028
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 目標曲面上への写像に基づく臓器表面モデル間の対応付け (2018)
  • Author(s): 宮内 翔子、諸岡 健一
  • Journal Title: Medical Imaging Technology Volume: 36 Pages: 203-206
  • NAID: 130007496340
• [Journal Article] Medical Support System by Estimating Organ Deformation Using Deep Neural Network Based on Finite Element Method (2017)
  • Author(s): 諸岡 健一，小林 薫樹
  • Journal Title: Medical Imaging Technology Volume: 35 Issue: 4 Pages: 206-211
  • DOI: 10.11409/mit.35.206
  • NAID: 130006108059
  • ISSN: 0288-450X, 2185-3193
• [Presentation] Efficient Geometrical Feature Preserving Mapping for Organ Surface Model (2018)
  • Author(s): Shoko Miyauchi, Ken’ichi Morooka, Yasushi Miyagi, Takaichi Fukuda, Ryo Kurazume
  • Organizer: IEEE International Symposium on Biomedical Imaging
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Brain Atlas Construction by Non-Rigid Registration of Brain Block Models (2017)
  • Author(s): Shoko Miyauchi, Ken'ichi Morooka, Sho Sasaki, Tokuo Tsuji, Yasushi Miyagi, Takaichi Fukuda, Kazuhiro Samura, Ryo Kurazume
  • Organizer: CARS 2017 Computer Assisted Radiology and Surgery
• [Presentation] 脊椎側彎症治療診断支援システムのための深層学習による脊椎変形・応力分布推定 (2017)
  • Author(s): 大山紗貴子，諸岡健一，小林薫樹，久保田健介，倉爪亮
  • Organizer: 第18回計測自動制御学会 システムインテグレーション部門講演会
• [Presentation] modified Self-organizing Deformable Modelを用いた臓器表面モデルに対する幾何特徴量保存写像の高速化 (2017)
  • Author(s): 宮内翔子，諸岡健一，宮城靖，福田孝一，倉爪亮
  • Organizer: 電子情報通信学会 医用画像研究会
• [Remarks] 九州大学大学院 システム情報科学研究院 諸岡研究室
  • URL: http://robotics.ait.kyushu-u.ac.jp/morooka_lab/index-j.html