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2017 Fiscal Year Annual Research Report

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

Publicly Offered Research

Project AreaMultidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
Project/Area Number 17H05299
Research InstitutionKyushu 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
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
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29年度では,申請者が有するデジタル脳図譜と,非線形有限要素解析とほぼ同程度の推定精度で,且つ実時間で推定する技術 DeepFEMを基盤として,脳の内部組織ごとの挙動解析を統合し,脳図譜全体の変形を推定するシステムについて研究を行った.具体的には,脳図譜を構成する節点ごとに,その挙動を推定するDNN(Nodal behavior estimator: NBE)を構築し,全節点のNBEを統合することで内部構造や脳全体の変形を推定する.
脳内部構造の一つである,被殻の2次元メッシュモデル(大きさ:幅29[mm],高さ59[mm])の変形を推定する実験を行った.この実験では,非線形有限要素法で推定した変形データを真値とし,開発したシステムの推定精度を比較した.その結果,システムによる変位および応力の推定誤差は,3.2 ± 1.4 [mm×1E-2]および1.5 ± 1.2 [N/mm^2]であり,モデルのサイズと比較すると十分小さく,開発したシステムの精度を確認できた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

脳の内部構造を変形するシステムを構築し,その精度を確認している.このシステムの規模を拡大することで,脳図譜全体の変形を効率的に推定するシステムは実現可能である.

Strategy for Future Research Activity

平成30年度では,引き続き脳図譜変形推定システムの開発を行うと共に,推定した複数の脳図譜を用いたデジタル脳図譜データベースと,それに基づく患者固有脳図譜推定について研究を実施し,脳外科手術支援システムの構築を目指す.

  • Research Products

    (4 results)

All 2017

All Journal Article (1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] 有限要素解析を模した深層なニューラルネットによる手術支援システムのための臓器変形推定2017

    • Author(s)
      諸岡 健一,小林 薫樹
    • Journal Title

      Medical Imaging Technology

      Volume: 35 Pages: 206-211

    • DOI

      https://doi.org/10.11409/mit.35.206

  • [Presentation] Brain Atlas Construction by Non-Rigid Registration of Brain Block Models2017

    • 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

URL: 

Published: 2018-12-17  

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