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

2003 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, 講師 (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、ヒト脳用の計測システムに先立って、実験用脳機能内視鏡の開発を行い、実験動物でその有用性を検討した。開発した実験用脳機能内視鏡は、ハードは光源、検出系、記録系、モニターから構成された。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、特注の極細ファイバーを用いた。光ファイバー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。一方、ソフト面では、リアルタイムでイメージングできるようなソフトウエアの開発を行った。
有用性の検討対象として、比較的実験が容易なラットのバレル応答を用いた。ヒゲの機械刺激に伴うバレル応答が、何とか開発したシステムでとらえられることが明らかとなった。

Research Products

• [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. 89. 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. 407-423 (2003)
• [Publications] Sato, K., Momose-Sato, Y.: "Optical detection of developmental origin of synaptic function in the embryonic chick vestibulocochlear nuclei."Journal of Neurophysiology. 89. 2315-3224 (2003)
• [Publications] Miyakawa, N. et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex."NeuroImage. 18. 622-632 (2003)
• [Publications] Sasaki, S. et al.: "Postnatal changes in intrinsic optical responses to peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord."NeuroImage. 20. 2126-2134 (2003)
• [Publications] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical mapping of the functional organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis."Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway."European Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [Publications] Miyakawa, N. et al.: "Keio University International Symposia for Life Sciences and Medicine Vol.11,The Neural Basis of Early Vision"Springer-Verlag. 5 (2003)
• [Publications] Sato, K. et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc (in press). (2004)