2015 Fiscal Year Annual Research Report

カプセル内視鏡と慢性硬膜下電極埋め込みによる脳活動テレメータシステムの開発

Research Project

Project/Area Number	24591308
Research Institution	Soka University
Principal Investigator	根本正史創価大学, 公私立大学の部局等, 研究員 (80370980)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	木暮信一創価大学, 理工学部, 教授 (10133448) 川井秀樹創価大学, 理工学部, 准教授 (90546243)
Project Period (FY)	2012-04-01 – 2016-03-31
Keywords	神経活動・脳循環カップリング / 内因性光学信号 / 脳機能マッピング / 神経可塑性
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は，覚醒下，自由行動中の小動物(ラット)において，カプセル内視鏡の技術を応用し，何ら束縛することなく，脳活動をイメージングする技術を開発することである。カプセル内視鏡を用いて脳活動領域の組織血液量，酸素飽和度の変化を光学的に測定する為には，装置に組み込まれている自動調光機能，カラーフィルター，出力フォーマット，LED波長特性など最適化が必要であった。また，電池交換をしなければ，繰り返し使用できない問題があり，企業担当者と打ち合わせたが，改造の承諾が得られなかった。そこで，市場で取得可能な小型ウェラブルカメラに変更。脳表小視野での光学settingと，撮像モードの自由度からGoPro Hero4 blackが実験に適していると判断した。実験手順は以下の通り。①Oxy-/Deoxy-hemoglobinの等吸収波長586 nmの狭帯域光を用いて，頭窓を介して脳表を照明。②ModifiedされたGoProにMacro Zoomレンズを装着。ProtuneTMの撮像モードで条件を最適化，H.264のカラー動画を取得。③動画をMatlabの“VideoReader”で多次元matrix dataに変換，RGBのうちGチャンネルのみ抽出。イメージサイズを減らし，時間方向にも動画像を平均化し，時空間ノイズを減少。次いで賦活前に対する賦活後の光吸収変化を算出。試行を繰り返し加算平均し生体ノイズを除去。結果は，良好に活動領域の描出が可能であったが，問題点として，吸収変化の計算画像には，CMOS sensorのBayer Filterによる補完と動画圧縮による非線形成分が混入すると推測された。本法は，①レンズ-CMOS部と，②機器本体(PCB plate，バッテリー，Wi-Fi装置，microSDカードデータ記録部)を切り離し，①及びLED照明を頭部に埋め込み，機器本体をラットの体外部に装着することで，覚醒下，自由行動中の小動物の脳活動イメージングが可能となる。尚，これらの機器開発と並行し，げっ歯類キンドリング現象を冷却CCDカメラにより確認，描出に成功した。