バーチャル脳モデルを用いた脳障害および手術支援シミュレーションの開発

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脳腫瘍、脳血管障害、頭部外傷により脳は変形し、歪みを生ずる。また、脳の手術において今やナビゲーションシステムは必須アイテムとなったが、開頭時における脳の落ち込みや変形に対応できるものはない。本研究は、バーチャル脳モデルを用い、脳損傷や脳手術における脳の変形をシミュレートすることを目標に進められた。昨年度は、脳損傷生成メカニズムを単純化するために頭部外傷、特に衝突時の検討を行った。頭部全体を18cmの球状にした三次元モデルを作り、骨、脳脊髄液、脳の3組織に単純化し衝突時のスピード変化における解析を行った。また、衝突実験を加えた検証に進むとともに、衝突モデルでなく開頭手術モデルを用いて、脳の落ち込みや変形計算を行えることも確信した。本年度は、我々がこれまで行ってきた二次元有限要素解析法を用いたコンピュータ温度シミュレーションの手法と同様な手順で、脳組織の生体物性値を大気圧、外力、髄液流出の状況下での変化を検討を行った。悪性脳腫瘍に対するハイパーサーミアを行う際に用いるコンピュータシミュレーションを開頭手術において応用すべく計算を繰り返したが、生体熱物性式から計算されている情報のため十分な脳の変形や歪みを計算することができず、実際の開頭手術における脳実質および腫瘍、浮腫などの環境の生体情報がやはり必要と考えられた。特に本年度は神経膠腫の開頭手術時に蛍光色素であるFluorescein Naを投与して物性値を測定する機会があり、今後シミュレーションソフトにより正確な値が用いられるものと考えられた。同時に開頭手術時の脳のシフトは5mmから最大2cmまで変化しており、大半が髄液の排出と重力による変形が加わったものと判明した。十分な結果が出せず、当初予定したシミュレーションソフトの完成こそ達成できなかったが、多くの知見が得られ、今後更にバーチャル脳を用いた脳変形のシミュレーションが発展するものと確信する。