標準脳機能アトラスの投影による未来予測手術の具現化

• Project Area: Multidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
• Project/Area Number: 17H05306
• 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: Tokyo Women's Medical University
• Principal Investigator: 田村 学 東京女子医科大学, 医学部, 非常勤講師 (80453174)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 脳機能データベース / 脳機能マッピング / 手術シミュレーション / 標準脳 / 未来予測手術 / 逆変換 / 覚醒下手術 / デジタル化

Outline of Annual Research Achievements

2016年度末までに研究代表者が作成した、脳機能データベースに基づいた標準脳（標準脳機能アトラスと呼ぶ）は運動・言語機能局在を異なる閾値分布で表示した独自脳アトラスである。この標準脳機能アトラスは、覚醒下手術中に用いた脳機能マッピング用刺激probeからの位置情報をログとして記録し、患者の脳機能情報を付加したデジタルデータベースを構築したものである。2017－2018年度は手術患者の術前MRI上に標準脳機能アトラス情報を逆変換し、患者個々の脳機能を術前MRI上で予測する研究を行った。同時に通常の正常脳から予想される機能部位との差分を測定し、検証した。症例数の増加に従い、既に確立したマッピング位置情報デジタル化手順（画像変換）の精度を再評価した。特に2018年度は、実際の摘出術における記録データ上にシミュレーションすることに重点をおいた。ソフトウェアで術前脳溝情報を予め抽出しているため、術中MRI画像に重畳して脳溝ナビゲーションによる機能局在の推定が可能であり、未来予測手術の一環として組み入れた。上述の、標準脳機能アトラスから患者術前MRI、さらに進めて術中MRIへの逆変換を確立した上で成果を論文化した。画像変換精度の再評価を3名に対して行ったが、2.7-6.5mmの誤差にとどまり、non-rigid registrationの手法での許容できる範囲と推定された。加えて、術中画像を用いた変換作業が標準化できるようにするためのシステムを構築し、機能情報をもった標準脳画像を患者の術中画像に40分程度で変換出来るようにし、その変換データを用いて脳機能予測を軸とした臨床（脳腫瘍摘出術）への応用にむけたシミュレーションを実装した。今後は、未来予測手術に向けた臨床研究を計画しつつ、他の施設への汎用性をもつソフトウェア構築を含め研究開発を応用させる予定である。

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] Neurospin(フランス)
• [Int'l Joint Research] Neurospin/Timone Hospital(France)
• [Journal Article] Corticomotoneuronal Model for Intraoperative Neurophysiological Monitoring During Direct Brain Stimulation (2019)
  • Author(s): Gomez-Tames Jose、Hirata Akimasa、Tamura Manabu、Muragaki Yoshihiro
  • Journal Title: International Journal of Neural Systems Volume: 29 Issue: 01 Pages: 1850026-1850026
  • DOI: 10.1142/s0129065718500260
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Awake craniotomy with transcortical motor evoked potential monitoring for resection of gliomas in the precentral gyrus: utility for predicting motor function (2019)
  • Author(s): Saito T, Muragaki Y, Tamura M, Maruyama T, Nitta M, Tsuzuki S, Fukuchi S, Ohashi M, Kawamata T
  • Journal Title: J Neurosurg Volume: - Issue: 4 Pages: 1-11
  • DOI: 10.3171/2018.11.jns182609
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of Frontal Functions in Executing Routine Sequential Tasks (2019)
  • Author(s): Niki C, Kumada T, Maruyama T, Tamura M, Muragaki Y
  • Journal Title: Frontiers in Psychology Volume: - Pages: 1-5
  • DOI: 10.3389/fpsyg.2019.00169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitative evaluation of efficacy of Intraoperative Examination Monitor for Awake Surgery (IEMAS) (2019)
  • Author(s): Fukutomi Y, Yoshimitsu K, Tamura M, Masamune K, Muragaki Y
  • Journal Title: World neurosurgery Volume: - Pages: e432-e438
  • DOI: 10.1016/j.wneu.2019.02.069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 脳神経外科と医工融合による医療機器開発 (2019)
  • Author(s): 伊関洋, 村垣善浩, 正宗賢, 田村学, 岡本淳, 小林英津子, 生田聡子, 堀瀬友貴, 楠田佳緒
  • Journal Title: No Shinkei Geka Volume: 47 (2) Pages: 169-178
• [Journal Article] Integrated datasets of normalized brain with functional localization using intra-operative electrical stimulation (2019)
  • Author(s): Tamura M, Sato I, Maruyama T, Ohshima K, Mangin JF, Nitta M, Saito T, Yamada H, Minami S, Masamune K, Kawamata T, Iseki H, Muragaki Y
  • Journal Title: International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery (IJCARS) Volume: - Issue: 12 Pages: 2109-2122
  • DOI: 10.1007/s11548-019-01957-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intraoperative direct subcortical stimulation: comparison of monopolar and bipolar stimulation (2018)
  • Author(s): Gomez-Tames Jose、Kutsuna Takaharu、Tamura Manabu、Muragaki Yoshihiro、Hirata Akimasa
  • Journal Title: Physics in Medicine & Biology Volume: 63 Issue: 22 Pages: 225013-225013
  • DOI: 10.1088/1361-6560/aaea06
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impact of connectivity between the pars triangularis and orbitalis on identifying the frontal language area in patients with dominant frontal gliomas (2018)
  • Author(s): Saito T, Muragaki Y, Tamura M, Maruyama T, Nitta M, Tsuzuki S, Kawamata T
  • Journal Title: Neurosurg Rev Volume: - Issue: 2 Pages: 537-545
  • DOI: 10.1007/s10143-018-1052-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MRI 脳溝解析から多元計算解剖学へのアプローチ (2018)
  • Author(s): 田村学, Mangin JF, 村垣善浩
  • Journal Title: 細胞 Volume: 50(1) Pages: 19-23
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] A High-resolution Computational Localization Method for Transcranial Magnetic Stimulation Mapping (2018)
  • Author(s): Aonuma S, Gomez-Tames J, Laakso I, Takakura T, Tamura M, Muragaki Y, Hirata A
  • Journal Title: Neuroimage Volume: 172 Pages: 85-93
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2018.01.039
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 振戦に対するガンマナイフ視床凝固術 (2018)
  • Author(s): 田村徳子, 林基弘, 堀澤士朗, 花田朋子, 田村学, 平孝臣, 川俣貴一
  • Journal Title: 定位的放射線治療 Volume: 22 Pages: 135-146
• [Journal Article] Evaluation of DNA ploidy with intraoperative flow cytometry may predict long-term survival of patients with supratentorial low-grade gliomas: analysis of 102 cases (2018)
  • Author(s): Suzuki A, Maruyama T, Nitta M, Komori T, Ikuta S, Chernov M, Tamura M, Kawamata T, Muragaki Y
  • Journal Title: Clinical Neurology and Neurosurgery Volume: 168 Pages: 46-53
  • DOI: 10.1016/j.clineuro.2018.02.027
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 覚醒下手術の実際 ─運動機能マッピングを中心に」入門：覚醒下手術－Post-guideline時代のawake surgery (2017)
  • Author(s): 田村学, 村垣善浩
  • Journal Title: 脳神経外科速報 Volume: 27(10) Pages: 1030-1038
• [Journal Article] 摘出術を中心とした転移性脳腫瘍の最新治療アルゴリズム (2017)
  • Author(s): 村垣善浩, 丸山隆志, 新田雅之, 田村徳子, 田村学, 林基弘, 川俣貴一
  • Journal Title: 日本内分泌・甲状腺外科学会雑誌 Volume: 34(4) Pages: 214-217
  • NAID: 130006337858
• [Journal Article] Neurophysiological Monitoring and Awake Craniotomy for Resection of Intracranial Gliomas (2017)
  • Author(s): Saito T, Tamura M, Chernov M, Ikuta S, Muragaki Y, Maruyama T
  • Journal Title: Prog Neurol Surg Volume: 30 Pages: 117-158
  • DOI: 10.1159/000464387
  • ISBN: 9783318060560, 9783318060577
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 先端工学外科学(FATS)のプロジェクト活動進捗について (2017)
  • Author(s): 田村学，生田聡子，岡本淳，吉光喜太郎，小西良幸，前田真法，仁木千晴，Chernov Mikhail，岸本眞治，堀瀬友貴, 丸山隆志，南部恭二郎, 伊関洋，正宗賢，村垣善浩
  • Journal Title: Future Medicine Volume: 30 Pages: 84-98
• [Journal Article] 【医用画像&映像の新時代 最新テクノロジーがもたらすインパクト】 医用画像&映像の最新テクノロジー活用の実際 (2017)
  • Author(s): 正宗賢, 岡本淳, 田村学, 堀瀬友貴, 小西良幸, 楠田佳織, 生田聡子, 南部恭二郎,丸山隆志, 伊関洋, 村垣善浩
  • Journal Title: INNERVISION Volume: 32 Pages: 52-53
• [Journal Article] Navigated transcranial magnetic stimulation for glioma removal: prognostic value in motor function recovery from postsurgical neurological deficits (2016)
  • Author(s): Takakura T, Muragaki Y, Tamura M, Maruyama T, Nitta M, Niki C, Kawamata T
  • Journal Title: J Neurosurg Volume: - Issue: 4 Pages: 1-15
  • DOI: 10.3171/2016.8.jns16442
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Normalized Brain Datasets with Functional Information Project the Future-predicting Glioma Surgery (2019)
  • Author(s): Tamura M, Sato I, Maruyama T, Ohshima K, Mangin JF, Nitta M, Saito T, Yamada H, Minami S, Masamune K, Kawamata T, Iseki H, Muragaki Y
  • Organizer: The fifth International Symposium on Multidisciplinary Computational Anatomy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Intraoperative examination monitor for awake surgery (IEMAS) system lecture and demonstration (2019)
  • Author(s): Tamura M
  • Organizer: Masterclass in Neurosurgical Oncology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Presenting a Simple Method of Brain Shift Estimation for Neuronavigations and Considering its Practicality (2019)
  • Author(s): Chen X, Shirai R, Masamune K, Tamura M, Muragaki Y, Konno A
  • Organizer: 2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Surgical Process Identification System using Machine Learning in Awake Surgery for Brain Tumor (2019)
  • Author(s): Nagai T, Sato I, Fujino Y, Tamura M, Muragaki Y, Masamune K
  • Organizer: The 2019 IEEE 1st Global Conference on Life Sciences and Technologies.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 覚醒下脳腫瘍摘出術におけるリアルタイム手術工程同定システム (2019)
  • Author(s): 永井智大，佐藤生馬，南部優太，藤野雄一，堀瀬友貴，楠田佳緒，田村学，村垣善浩，正宗賢
  • Organizer: 第28回ライフサポート学会フロンティア講演会
• [Presentation] 覚醒下脳腫瘍摘出術における手術状況に同期した推定脳機能位置呈示ナビゲーションシステム (2019)
  • Author(s): 南部優太，佐藤生馬，大島一真，藤野雄一，堀瀬友貴，楠田佳緒，田村学，村垣善浩，正宗賢
  • Organizer: 第28回ライフサポート学会フロンティア講演会
• [Presentation] Integration of intra-operative brain functional positions into the standard brain using SPM (2019)
  • Author(s): Ohshima K, Sato I, Nagai T, Fujino Y, Horise Y, Kusuda K, Tamura M, Muragaki Y, Masamune K
  • Organizer: 33rd International Congress and Exhibition on Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 脳機能マッピング情報のデジタル化による術中モニタリング支援 (2018)
  • Author(s): 田村学, 丸山隆志, 新田雅之, 齋藤太一, 佐藤生馬, 正宗賢, 山田浩之,伊関洋, 川俣貴一, 村垣善浩
  • Organizer: 第18回日本術中画像情報学会シンポジウム
• [Presentation] 標準脳機能アトラスの投影による未来予測手術の具現化 (2018)
  • Author(s): 田村学, 佐藤生馬, 丸山隆志, Mangin Jean-Francois, 新田雅之, 齋藤太一, 正宗賢, 川俣貴一, 伊関洋, 村垣善浩
  • Organizer: 第37回日本医用画像工学会大会
• [Presentation] MRI脳溝構造・機能画像を駆使した脳腫瘍術前手術シミュレーション (2018)
  • Author(s): 田村学, 丸山隆志, 新田雅之, 齋藤太一, 正宗賢, 伊関洋, 金野竜太, 酒井邦嘉, 川俣貴一, 村垣善浩
  • Organizer: 第23回日本脳腫瘍の外科学会シンポジウム
• [Presentation] ロボット化するスマート治療室 (2018)
  • Author(s): 村垣善浩, 岡本淳, 小西良幸, 田村学, 堀瀬友貴, 生田聡子, 楠田佳緒, 岸本眞治, 泉美喜雄, 正宗賢, 伊関洋
  • Organizer: 第122回日本眼科学会総会シンポジウム
• [Presentation] Glioma手術における術中モニタリング (2018)
  • Author(s): 齋藤太一, 村垣善浩, 丸山隆志, 田村学, 新田雅之, 川俣貴一
  • Organizer: 第38回日本脳神経外科コングレス総会プレナリーセッション
• [Presentation] AI surgeryを実現するための術中情報の可視化と意思決定 (2018)
  • Author(s): 村垣善浩, 岡本淳, 正宗賢, 田村学, 齋藤太一, 新田雅之, 丸山隆志, 栗栖薫, 後藤哲也, 藤井雄,本郷一博, 川俣貴一, 伊関洋
  • Organizer: 第18回日本術中画像情報学会特別講演
• [Presentation] Development of a Method of Integration of Electrical Stimulation Positions into Standard Brain Coordinate System (2018)
  • Author(s): Ohshima K, Sato I, Nagai T, Fujino Y, Yamada H, Tamura M, Muragaki Y, Masamune K
  • Organizer: 32th annual conference of the International Society for Computer Aided Surgery (CARS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Method for Modeling and Identification of Surgical Process based on the clinical data of each patient in Awake Surgery for Glioma (2018)
  • Author(s): Nagai T, Sato I, Ohshima K, Fujino Y, Yamada H, Tamura M, Muragaki Y, Masamune K
  • Organizer: 32th annual conference of the International Society for Computer Aided Surgery (CARS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 運動野グリオーマの摘出術における覚醒下手術・経皮質MEPモニタリング併用の有用性 (2018)
  • Author(s): 齋藤太一, 村垣善浩, 丸山隆志, 田村学, 新田雅之, 都築俊介, 川俣貴一
  • Organizer: 第16回日本Awake Surgery学会
• [Presentation] 覚醒下術中言語機能モニタリングシステム（IEMAS）の安定化に向けた改良 (2018)
  • Author(s): 堀瀬友貴, 田村学, 丸山隆志, 新田雅之, 吉光喜太郎, 正宗賢, 川俣貴一, 伊関洋, 村垣善浩
  • Organizer: 第16回日本Awake Surgery学会
• [Presentation] マッピングおよびモニタリングを駆使した言語野・運動野近傍のawake surgery (2018)
  • Author(s): 都築俊介, 村垣善浩, 丸山隆志, 新田雅之, 齋藤太一, 田村学, 川俣貴一
  • Organizer: 第16回日本Awake Surgery学会
• [Presentation] 覚醒下手術を新世界に導入する-導入から現在に至るまでの変遷- (2018)
  • Author(s): 丸山隆志, 鎌田ことえ, 村垣善浩, 齋藤太一, 新田雅之, 田村学, 尾崎眞, 川俣貴一
  • Organizer: 第16回日本Awake Surgery学会シンポジウム
• [Presentation] 系列行為課題における2種類のディストラクターエラーと関連する前頭葉機能障害の検討 (2018)
  • Author(s): 仁木千晴, 熊田孝恒, 丸山隆志, 田村学, 村垣善浩
  • Organizer: 第42回日本神経心理学会学術集会
• [Presentation] 治療困難な運動野グリオーマの摘出術における覚醒下手術・経皮質MEPモニタリング併用の有用性 (2018)
  • Author(s): 齋藤太一, 村垣善浩, 丸山隆志, 田村学, 新田雅之, 都築俊介, 川俣貴一
  • Organizer: 第23回日本脳腫瘍の外科学会シンポジウム
• [Presentation] 言語野近傍神経膠腫に対するマッピングを駆使した陰性運動野の正確な同定と摘出 (2018)
  • Author(s): 都築俊介, 村垣善浩, 丸山隆志, 新田雅之, 齋藤太一, 田村学, 川俣貴一
  • Organizer: 第23回日本脳腫瘍の外科学会シンポジウム
• [Presentation] Normalized Brain Datasets with Functional Information Project the Future-predicting Glioma Surgery (2018)
  • Author(s): Tamura M, Maruyama T, Mangin JF, Sato I, Nitta M, Saito T, Konishi Y, Nambu K, Masamune K, Yamada H, Minami S, Kawamata T, Iseki H, Muragaki Y
  • Organizer: The forth International Symposium on Multidisciplinary Computational Anatomy, Tokyo, Japan (Oral)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of preoperative DTI tractography for surgical management of gliomas (2017)
  • Author(s): Tamura M, Maruyama T, Mangin J-F, Sato I, Nitta M, Takakura T, Yoshimitsu K, Konishi Y, Okamoto J, Ikuta S, Masamune K, Kawamata T, Iseki H, Muragaki Y
  • Organizer: 31th annual conference of the International Society for Computer Aided Surgery (CARS), Barcelona, Spain (Oral)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A surgical navigation system using sulci recognition and diffusion tensor images in glioma surgery (2017)
  • Author(s): Noguchi T, Sato I, Nagai T, Fujino Y, Yamada H, Suzuki T, Tamura M, Muragaki Y, Masamune K.
  • Organizer: 31th annual conference of the International Society for Computer Aided Surgery (CARS), Barcelona, Spain (Oral)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 覚醒下術中言語機能検査ツール（IEMAS）の製品化と経頭蓋磁気刺激検査への応用 (2017)
  • Author(s): 田村学, 丸山隆志, 新田雅之, 高倉朋和, 吉光喜太郎, 南部恭二郎, 正宗賢, 川俣貴一, 伊関洋, 村垣善浩
  • Organizer: 第26回脳神経外科手術と機器学会、甲府富士屋ホテル（甲府市、山梨県）（口演）
• [Presentation] MRI脳溝構造・機能画像を軸とする脳腫瘍手術シミュレーション (2017)
  • Author(s): 田村学, 丸山隆志, 新田雅之, 齋藤太一, 正宗賢, 伊関洋, 金野竜太, 酒井邦嘉, 川俣貴一, 村垣善浩
  • Organizer: 第22回日本脳腫瘍の外科学会シンポジウム、（鹿児島市、鹿児島県）（口演）
• [Presentation] 覚醒下運動野近傍glioma摘出における術前nTMSの有用性 (2017)
  • Author(s): 田村学, 高倉朋和, 丸山隆志, 新田雅之, 齋藤太一, 正宗賢, 伊関洋, 川俣貴一, 村垣善浩
  • Organizer: 第15回日本AwakeSurgery学会、砂防会館（千代田区、東京都）（口演）
• [Presentation] 覚醒下手術415例からとらえた多元的Glioma Surgeryの貢献 (2017)
  • Author(s): 田村学, 丸山隆志, 新田雅之, 齋藤太一, 高倉朋和, 山田浩之, 正宗賢, 伊関洋, 金野竜太, 酒井邦嘉, 川俣貴一, 村垣善浩
  • Organizer: 第76回日本脳神経外科学会総会、名古屋国際会議場（名古屋市、愛知県）（口演）
• [Presentation] 覚醒下脳腫瘍摘出術における手術工程解析に向けた顕微鏡動画を用いた機械学習による術具検出手法の提案 (2017)
  • Author(s): 永井智大，佐藤生馬，藤野雄一，山田浩之，田村学，村垣善浩，正宗賢
  • Organizer: 日本コンピュータ外科学会 名古屋大学（名古屋市）
• [Book] 多元計算解剖学の基礎と臨床への応用【脳科学への臨床応用；脳機能標準アトラスと未来予測手術】 (2018)
  • Author(s): 田村学（分筆）
  • Total Pages: 303
  • Publisher: 誠文堂新光社
  • ISBN: 9784416518243