开发利用磁刺激的精确脑功能诊断方法〜脑部手术前有效估计重要部位〜

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类别：新闻稿 |发布于 2018 年 2 月 5 日

V体育（青沼真大硕士班、特聘助理教授 Jose David Gomez Tames、平田秋正教授）、东京女子医科大学和阿尔托大学的联合研究小组成功开发了一种精确定位大脑各区域功能的技术。这比较了使用基于每个患者的医学图像的计算人体模型的电生理模拟、患者大脑从体外受到磁刺激时的实际测量信息以及患者的反应。可以比传统技术更准确地估计具有重要功能的部位的位置，并且有望应用于临床环境。另外，这个结果是（2018 年 5 月号）。

背景

　磁刺激是一种从人体外部（无需手术）非侵入性刺激神经的方法，它利用电流突然通过线圈时产生的磁场在体内感应出电流。脑部磁刺激（经颅磁刺激：TMS）有望应用于脑部手术前的诊断，通过观察患者受刺激时的生物反应，可以提前识别运动皮层、语言皮层等具有重要功能的区域。如果能够高精度地进行诊断，则可以缩短脑部手术所需的时间。除此之外，TMS还用于运动功能的康复和精神障碍的治疗。然而，由于大脑结构的复杂性，线圈在大脑中感应出的电流并不均匀，并且有报道称，实际受到刺激的区域距离线圈正下方有几厘米远。现有的商业系统可以导航线圈的位置并估计刺激位置，但它们的准确性尚未完全了解，并且据报道它们存在错误。（国际会议摘要。参考图2导航系统）因此需要有经验的医生的治疗和判断。

研究成果

　V体育的一个研究小组迄今为止已开发出一种算法，可以自动生成由微小元素组成的计算人体模型，该模型从基于个体医学图像（MRI）的信息中识别出约20个组织，并拥有通过为每个组织分配不同的电常数在计算机上以电子方式再现人体的技术。特别是，该人体模型由边长为 05 毫米的微小立方体（总共约 6400 万个点）组成，可以进行高精度的电生理模拟（见图 1）。本新闻稿中发布的估计技术是将该技术与东京女子医科大学（先进生物医学科学研究所高级工程外科和神经外科系 Yoshihiro Muragaki 教授）进行的临床研究相结合而开发的。首先，根据临床研究数据，针对放置在体外的磁刺激器的大量随机刺激，我们选择手指中具有强烈肌电反应的多个刺激样本，并通过模拟计算每个刺激样本在大脑中对应的感应电流。接下来，通过叠加空间分布，我们估计了与手指肌肉相对应的部分。估计面积约为 1 cm2，我们确认其与脑部手术期间直接在脑表面放置电极（直接脑映射）来确认脑功能的位置以 5-7 mm 的高精度匹配（见图 2）。这使得精确的大脑功能诊断成为可能，无论医生的经验如何。
　通过使用高性能计算机工作站进行这种模拟，每个样本可以在几秒钟内完成计算，处理所需的时间在60秒内，因此所开发的技术有望应用于临床环境。

图 1 从医学图像生成每个人的计算人体模型

图 2 使用临床研究和模拟的位置估计程序。结果示例

未来展望

　通过使用已开发的技术，我们可以期望为每位患者确定最佳刺激，作为个性化医疗护理的一部分。此外，由于可以仅刺激目标神经，这将导致对磁刺激响应的神经生理学的进一步阐明。此外，由于对大脑的刺激是随机的，并且可以通过计算进行处理，因此也有望用于机器自动诊断等应用。

致谢

该研究成果的一部分得到了新学术领域科学研究补助金“开发基于医学图像的定制磁脑刺激系统”（代表人：平田明正）和“通过标准脑功能图谱投影实现未来预测手术”（代表人：田村学）。

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