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2021 年度 実績報告書

導電率の非侵襲計測と脳磁場逆問題の統合に基づく神経電流源の領域形状推定法

研究課題

研究課題/領域番号 19H04438
研究機関東京大学

研究代表者

奈良 高明  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (80353423)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード逆問題 / 磁気共鳴画像 / 脳磁場 / 導電率 / 神経電流源
研究実績の概要

本研究の目的は,第一に,Magnetic Resonance(MR)を用い,頭部の導電率分布を非侵襲で計測する手法を確立すること,第二に,これに基づき,脳回や脳溝をまたぐ神経電流源に対し,その領域形状を推定する脳磁場(Magnetoencephalography:MEG)逆問題解法を開発すること,以上二点である.
第一の導電率推定に関して,体内電磁場が満たすべき物理法則をみたすよう,電場ベクトルと電気特性を更新しながら推定していく反復解法を導出した.収束を理論的に保証するとともに,数値シミュレーションおよび生体を模擬したファントムを用いて実験的に検証した.観測不能な磁場成分に関しては生体構造を用いた数値シミュレーションを併用する手法も提案した.
第二のMEGに関して,昨年度,推定対象である局所活動源に加え,背景活動もパラメトリックに表現し,両者を同時に推定する手法を開発した.ただし問題点として背景活動を表現するパラメタ数に制限がつき,様々な背景活動を必ずしもよく表現できないことが明らかになってきた.そこで,局所活動源はパラメトリックに表現し,背景活動源は皮質メッシュ上の電流分布をイメージングモデルで表現する異種ソースモデルを開発した.局所活動源と背景活動源が同時に存在する場合,従来のパラメトリックモデルだけでは局所活動源位置がずれて推定されてしまうこと,従来のイメージングモデルだけでは局所活動源が分散してしまうこと,提案の異種ソースモデルでは両者が分離して推定可能なことを数値シミュレーションで示した.さらに,てんかんの実データに対して提案手法を適用し,側頭葉前部のてんかん焦点と,後頭部付近に広がる背景活動源を分離して推定できることを示した.

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [学会発表] Heterogeneous source model for magnetoencephalography: Combination of a parametric and an imaging approach for separation of a focal source and background activities2022

    • 著者名/発表者名
      T. Nara, T. Yang, K. Kabashima, A. Hashizume, K. Iida, and K. Kurisu
    • 学会等名
      BIOMAG 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Inverse source problem for Poisson’s equation for identification of an epileptic focus from magnetic field measurements2022

    • 著者名/発表者名
      T. Nara
    • 学会等名
      Theoretical and Numerical Trends in Inverse Problems and Control for PDEs, and Hamilton-Jacobi Equation: a French-Italian-Japanese Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] MRIを用いた電気特性再構成に向けた磁場の拘束条件を考慮した補間2022

    • 著者名/発表者名
      前田賢士郎, 江田尚弘, 宮廻裕樹, 長谷川圭介, 奈良高明
    • 学会等名
      第39回センシングフォーラム 計測部門大会
  • [学会発表] MRIを用いた人体内部の弾性率再構成 -ヘルムホルツ分解による非圧縮波の抽出-2022

    • 著者名/発表者名
      中井透子, 江田尚弘, 宮廻裕樹, 長谷川圭介, 奈良高明
    • 学会等名
      第39回センシングフォーラム
  • [学会発表] 異種ソースモデルに基づく局所的神経電流原推定 -てんかん焦点同定への応用2022

    • 著者名/発表者名
      奈良高明, 楊天宇, 橋詰顕, 飯田幸治, 栗栖薫
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2022年度年会
  • [学会発表] 異種ソースモデルに基づく脳磁場逆問題解法-パラメトリック解法とイメージング解法の融合-2022

    • 著者名/発表者名
      奈良高明, 楊天宇, 橋詰顕, 飯田幸治, 栗栖薫
    • 学会等名
      第37回生体磁気学会大会
  • [学会発表] 生体電磁気逆問題への数理的アプローチ:脳磁場逆問題および人体内部電気特性再構成2022

    • 著者名/発表者名
      奈良高明
    • 学会等名
      第14回医用生体電磁気学シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 非計測磁場推定に基づく人体内部の電気特性再構成2022

    • 著者名/発表者名
      江田尚弘, 奈良高明
    • 学会等名
      第14回医用生体電磁気学シンポジウム
  • [学会発表] 脳磁図逆問題における最尤推定を用いた背景神経活動源の影響の除去2021

    • 著者名/発表者名
      楊天宇, 奈良高明
    • 学会等名
      第38回センシングフォーラム
  • [備考] 逆問題の直接解法,脳磁場逆問題:てんかん焦点同定への応用

    • URL

      http://www.inv.ipc.i.u-tokyo.ac.jp/naratheme.html

  • [産業財産権] 情報処理装置及び情報処理方法2022

    • 発明者名
      奈良高明,伏見幹史,江田尚弘,新誠一,藤田博之,山形仁,矢野亨治
    • 権利者名
      奈良高明,伏見幹史,江田尚弘,新誠一,藤田博之,山形仁,矢野亨治
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-009328
  • [産業財産権] INFORMATION PROCESSING APPARATUS AND INFORMATION PROCESSING METHOD2022

    • 発明者名
      奈良高明,伏見幹史,江田尚弘,新誠一,藤田博之,山形仁,矢野亨治
    • 権利者名
      奈良高明,伏見幹史,江田尚弘,新誠一,藤田博之,山形仁,矢野亨治
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      EFS ID 44848938
    • 外国

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公開日: 2023-12-25  

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