2002 Fiscal Year Annual Research Report
光学多点計測とマルチスペクトル画像解析による術前・術中脳機能イメージング法
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13558116
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
岡田 英史 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (40221840)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊関 洋 東京女子医科大学, 脳神経外科, 助教授 (90119892)
牧 敦 株式会社日立製作所, 基礎研究所, 研究員
神成 文彦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (40204804)
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| Keywords | 脳機能計測 / 光トポグラフィー / マルチスペクトル画像 / 術中モニタリング / 主成分分析 |
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| Research Abstract |
(1)マルチスペクトル画像からの信号起源の推定
術中に開頭した状態で脳組織を撮像することを想定し,脳組織モデルのマルチスペクトル画像をモンテカルロシミュレーションによって作成した.マルチスペクトル画像を主成分分析することによって,脳組織の内因性信号を弁別して推定する方法について検討を行った.血液濃度を5〜15%,酸素飽和度を60〜100%に設定したマルチスペクトル画像を解析した結果,第1主成分は血液濃度,第2主成分は酸素飽和度に対応していることが明らかになった.そこで,脳組織中の動・静脈,脳機能賦活部位などを模擬したマルチスペクトル画像を,第1主成分と第2主成分を用いて重回帰分析した.その結果,血液濃度と酸素飽和度の分布に対応した解析画像を得ることができた.しかし,第2主成分は画像のノイズに影響を受けやすく,実際の脳組織画像を対象とした場合,酸素飽和度の分布を求めるためには,さらに検討が必要であることが示唆された.
(2)光信号の空間感度分布特性を考慮した脳機能イメージ再構築アルゴリズム
光トポグラフフィーの画像再構築アルゴリズムに光信号の空間感度分布を利用する手法について検討を行った.簡単のため,光ファイバアレイは1次元的に配置することとして,脳組織が直径10mmの範囲で賦活したときに,各入射・検出ファイバ対で得られる光信号をモンテカルロシミュレーションで求めた.これらの光信号から,従来のマッピング法と空間感度分布を利用する方法によって,脳機能賦活部位を算出した.従来のマッピング法では,光ファイバアレイの配置間隔を狭くして空間分解能を向上させても,得られた賦活部位の半値幅は20mm程度となり,賦活部位が実際よりも広がって推定された.これに対して,空間感度分布を利用した再構築アルゴリズムを用いると,実際の賦活部位とほぼ等しい半値幅の賦活部位が推定された.
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Research Products
(7 results)
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[Publications] Eiji Okada: "Modelling of light propagation in the adult head for optical brain function measurement"Biocybernetics and Biomedical Engineering. 22・4. 137-149 (2002)
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[Publications] 岡田 英史: "脳内光伝播のシュミレーション"レーザー研究. 30・11. 630-635 (2002)
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[Publications] 田中 健之, 谷川 ゆかり, 荒木 隆一郎, 山田 幸生, 岡田 英史: "透過型時間分解法による生体組織の工学特性測定"光学. 31・12. 886-892 (2002)
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[Publications] Yamamoto, Maki, Kadoya, Tanigawa, Yamada, Okada, Koizumi: "Arranging optical fibers to improved the spatial resolution of topographical images"Physics in Medicine and Biology. 47・18. 3429-3440 (2002)
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[Publications] Eiji Okada, David T. Delpy: "Near infrared light propagation in an adult head model. I. Modeling of low-level scattering in the cerebrospinal fluid layer"Applied Optics. 42・13(in press). (2003)
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[Publications] Yuichi Fukui, Yusaku Ajichi, Eiji okada: "Monte Carlo prediction of near infrared light propagation in realistic adult and neonatal head models"Applied Optics. 42・14(in press). (2003)
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[Publications] Eiji Okada, David T. Delpy: "Near-infrared light propagation in an adult head model. II. Effect of superficial tissue thickness on the sensivity of the near-infrared spectroscopy signal"Applied Optics. 42-16. 2915-2922 (2003)
