微弱蛍光の可視化と数値情報の提示によって脳腫瘍切除手術を支援するシステムの構築

• Project/Area Number: 15K01323
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Medical systems
• Research Institution: Asahikawa Medical College
• Principal Investigator: 竹内 文也 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (30281835)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 寿明 北陸大学, 薬学部, 教授 (20363228) ; 北間 正崇 北海道科学大学, 保健医療学部, 教授 (50285516) ; 鎌田 恭輔 旭川医科大学, 医学部, 教授 (80372374)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 光線力学的診断 / 脳腫瘍 / アミノレブリン酸 / 蛍光画像 / 可視化 / 手術支援

Outline of Annual Research Achievements

最終年度では、研究期間が実質的には2ヶ月に満たなかったことから、報告すべき結果が得られなかった。研究代表者である竹内が、研究を実施していた旭川医科大学を辞職し、その後の研究遂行に必要な環境が揃わないと判断して研究を廃止としたためである。
廃止までの研究期間全体では、微弱な蛍光の可視化や強調を行うことで術者に分かりやすい蛍光画像や、強度やその分布、ばらつき、重心などの数値やグラフを提示するシステムの構築を目指した。そのために、(1)蛍光画像を記録する機器の改良と、(2)術者に分かりやすい蛍光画像の構築を主に行った。一方、数値化やグラフ化については、(3)基礎的な検討は行ったがシステムの構築には至らなかった。以下は概略である。
(1)脳からカメラまでの距離やズームレンズの倍率による蛍光強度の補正をリアルタイムで可能とした。
(2)従来からのSN比の改善と赤色（RGBのR）成分の強調による動画処理にフィルタリングやセグメンテーション処理を加えることで、術者にとって分かりやすい蛍光画像をリアルタイムに提示するシステムを構築した。また、蛍光しない部位の画質を向上させることで、蛍光部位の相対的な位置が分かりやすい蛍光画像をリアルタイムに提示するシステムを構築した。
(3)機械学習のための指標の一つである分光器の出力と、画像ピクセル値とが高い相関にあることを確認することができた。
研究を廃止したため、構築した手術支援システムは、機械学習による数値的な評価を提示するには至らなかったが、連携して研究を行ってきた脳外科医の評価を受けながら構築したことで、臨床での利用も可能なレベルである。今後、機会があればシステムを発展できると考える。

Research Products

• [Presentation] 脳腫瘍切除手術における光線力学的診断支援システムの改善 (2018)
  • Author(s): 竹内文也
  • Organizer: 生体医工学シンポジウム2018
• [Presentation] 脳腫瘍における5-ALAによるPPIXの蛍光分光スペクトルと蛍光画像の比較 (2016)
  • Author(s): 竹内文也，田村有希恵，安栄良悟，船越洋，鎌田恭輔
  • Organizer: 計測自動制御学会ライフエンジニアリング部門シンポジウム2016
  • Place of Presentation: 大阪府大阪市
  • Year and Date: 2016-11-02
• [Presentation] 脳腫瘍切除手術における光線力学的診断を支援するシステムの構築 (2015)
  • Author(s): 竹内文也，田村有希恵，安栄良悟，船越洋，鎌田恭輔
  • Organizer: 第54回日本生体医工学会北海道支部大会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市
  • Year and Date: 2015-10-10
• [Presentation] 光線力学的診断において脳腫瘍からの蛍光を強調表示するための画像処理システム (2015)
  • Author(s): 竹内文也，田村有希恵，安栄良悟，船越洋，鎌田恭輔
  • Organizer: 第54回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2015-05-07
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特許権 (2018)
  • Inventor(s): 竹内文也
  • Industrial Property Rights Holder: 竹内文也
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-092543
  • Filing Date: 2018