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2017 年度 実績報告書

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

公募研究

研究領域医用画像に基づく計算解剖学の多元化と高度知能化診断・治療への展開
研究課題/領域番号 17H05299
研究機関九州大学

研究代表者

諸岡 健一  九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (80323806)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード脳図譜 / 多元脳図譜データベース / 脳外科手術支援システム
研究実績の概要

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.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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.

今後の研究の推進方策

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.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      諸岡 健一,小林 薫樹
    • 雑誌名

      Medical Imaging Technology

      巻: 35 ページ: 206-211

    • DOI

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

  • [学会発表] Brain Atlas Construction by Non-Rigid Registration of Brain Block Models2017

    • 著者名/発表者名
      Shoko Miyauchi, Ken'ichi Morooka, Sho Sasaki, Tokuo Tsuji, Yasushi Miyagi, Takaichi Fukuda, Kazuhiro Samura, Ryo Kurazume
    • 学会等名
      CARS 2017 Computer Assisted Radiology and Surgery
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      大山紗貴子,諸岡健一,小林薫樹,久保田健介,倉爪亮
    • 学会等名
      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
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      宮内翔子,諸岡健一,宮城靖,福田孝一,倉爪亮
    • 学会等名
      電子情報通信学会 医用画像研究会

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公開日: 2018-12-17  

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