内因性光学イメージング法と光ファイバーセンシングを応用した術中脳機能内視鏡の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13557114
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助手 (80291342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大野 喜久郎 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 教授 (50014238) ; 成相 直 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (00228090) ; 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (70251501) ; 津村 治邦 (株)三啓, バイオメディカル部, 研究部長
• Keywords: 光学的計測法 / 内因性光学シグナル / 光ファイバー / 脳外科 / イメージング / 脳機能内視鏡 / 術中計測 / 中枢神経機能

Research Abstract

脳腫瘍の外科的手術において、正常組織と腫瘍との境界がどこにあるのか、切除範囲をどう決めたらよいのかという問題は、患者の術後の神経機能を最大限に保持するために極めて重要な問題である。しかし、現在、治療で用いられている検査法は空間・時間分解能ともまだ十分ではない。
本研究では光ファイバーセンシングの技術と、内因性光学イメージング法を組み合わせて、脳深部から神経活動をモニターできる新しい術中神経機能計測システムを開発することを目的とする。
本年度は、昨年度に引き続いて以下の2点について検討した。
(1)脳機能内視鏡の開発:開発しようとした脳機能内視鏡は、光源、検出系、記録系、モニターから構成される。光源には、リプルノイズのない高出力のタングステン・ハロゲンランプを用い、これを直流安定化電源で駆動した。検出系は、光ファイバーと光量差差分増幅装置からなり、光ファイバーとしては、ファイバープレート顕微鏡を用いた。この際、ファイバーの径を細くしすぎると光量が少なくなりノイズが大きくなるので、脳溝に挿入可能な範囲でなるべく太いものに設計した。ファイバープレート顕微鏡の機械側端には対物レンズを付け、さらに光量差差分増幅装置の高速CCDカメラとのコネクターを作成した。記録系としては、高速のコンピュータを用い、測定時間ができる限り短くなるようにした。
(2)イメージングソフトウェアの開発:手術中の測定時間はできる限り短い方が患者への負担が軽くなるので、リアルタイムでイメージングできるようなソフトウェアの開発を行った。また、脳表面からの記録を組み合わせて、脳機能を三次元で表示するソフトウエアの開発も行った。

Research Products

• [Publications] Sato, K. et al.: "lntraoperative intrinsic optical imaging of neuronal activity from subdivisions of the human primary somatosensory cortex"Cerebral Cortex. 12. 269-280 (2002)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Optical approaches to functional organization of glossopharyngeal and vagal motor nuclei in the embryonic chick hindbrain"Journal of Neurophysiology. 88. 383-393 (2002)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Developmental organization of the glossopharyngeal nucleus in the embryonic chick brainstem slice as revealed by optical sectioning recording"Neuroscience Letters. 327. 157-160 (2002)
• [Publications] Sasaki, S. et al.: "Optical imaging of intrinsic signals induced by peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord"NeuroImage. 17. 1240-1255 (2002)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses"Journal of Neurophysiology. 18. 600-614 (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : optical imaging with a voltage-sensitive dye"Neuroscience. 116. 406-423 (2003)
• [Publications] Miyakawa, N. et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex"NeuroImage. (in press). (2003)
• [Publications] Kinoshita, M. et al.: "Multiple-site optical recording for characterization of functional synaptic organization of the optic tectum of rainbow trout"European Journal of Neuroscience. 16. 868-876 (2002)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Recent Research Developments in Membrane Biology"Research Signpost(in press). (2003)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc(in press). (2003)