ニューロナビゲーションにおけるブレインシフト 従来のニューロナビゲーション技術が抱えていた大きな技術的問題のひとつにブレインシフトがあります。なぜなら.従来のナビゲーションは.患者の術前画像データを用いている。脳組織は剛体ではないため.実際の手術では組織の生体力学的特性.重力.頭蓋内圧の変化.脳脊髄液減少.手術操作.麻酔状態などにより.ドリフトとも呼ばれる脳の変形［29-30］（brain deformation）がしばしば発生する。華山病院脳神経外科の1000例の脳外科手術のまとめでは[31].硬膜のずれ2.80 ± 2.48 mm.皮質のずれ5.14 ± 4.05 mm.腫瘍のずれ3.53 ± 3.67 mm.大脳半島の手術が最も劇的であったという。脳移動の誤差は.術前画像を用いたニューロナビゲーションによる位置決めの精度低下につながり.手術の精度や安全性を阻害し.術後の腫瘍残存や正常な神経血管構造の損傷につながる。そのため.ブレインシフトエラーを修正する新しい技術の研究が.ニューロナビゲーション手術の分野で現在のホットトピックとなっています。
1.マイクロカテーテルによる位置合わせ 2.計算モデルによる画像補正 3.術中リアルタイム画像診断の3つの方法で解決できる。1.マイクロカテーテルによる局在診断法 硬膜を切る前に.直径1～2mmのマイクロシリコンチューブを神経ナビゲーションにより病変部の周囲に留置する。硬膜を切断した後.病変部を切除する際に脳脊髄液が失われたり.脳が移動したりしますが.マイクロカテーテルも一緒に移動し.術者はマイクロカテーテルの誘導のもと.さらに手術操作を完了することができます。
2.モデル補正技術 脳のずれを補正ソフト技術で補正・修正する方法です。現在.主に数学的モデル（Bサンプルモデルなど）.物理的モデル（線形弾性モデル.固視化理論モデルなど）.脳変形アトラス（BDA）法の3種類がある。その中核は，計算モデルに基づく非剛体レジストレーション法である[32]．我々のグループでは，術中の脳組織の変形をより正確にシミュレートするために，線形弾性物理モデルとthin-slab-likeアルゴリズムに基づく数学モデルを設計し，簡単かつ迅速に脳変形誤差を補正することに成功した．
(1) Thin-slab-like 数学モデル 一部の外国人学者の研究[33]に基づいて.このグループは.内部変形を解決するための薄いスラブ状のストリップの3D画像非剛体配置アルゴリズムを改良して.脳機能画像変形を予測する（発明特許出願番号：200910047537.2）。薄板状ストリップの数学的モデルを適用し，解剖学的マーカー点の位置の変化に対応させて，脳組織内部の任意の位置の変形を補間することが可能である．そして，予測された変形した脳機能画像（BOLD，DTI）を術中MRI構造画像と融合することで，脳変位による脳機能定位誤差を解消する[34]．本研究では，術前 MRI 画像と術中 MRI 画像をそれぞれ術前データフィールド，術中データフィールドと して用い，術前データフィールドと術中データフィールドの位置合わせにより解剖学的マーカー点の変形を求め， 物理モデルによる誤差を回避し，動物実験と臨床試験の結果から予測変形の精度が良いことが検証された．本研究では.低磁場強度の術中MRIに基づくリアルタイム神経機能ナビゲーションを実現し.この国際的な問題を克服するための第一歩とした。
（2）線形弾性物理モデル 物理モデルは.脳組織の生体力学特性（組織弾性.水圧伝達値など）によってその動きを拘束できるため.バイオメカニカルモデルとも呼ばれる。数理モデルと比較して.計算量を大幅に削減できること.大きなサンプルを必要としないこと.精度が確実であること.臨床への応用が容易であることなどが利点として挙げられます。私たちのグループでは.術中の脳組織の変形をより正確にシミュレートするために.線形弾性物理モデル（特許番号ZL200410024847.X 2006年08月23日）を開発しました。
動物実験により.この線形弾性物理モデルの平均予測誤差は1mm未満（0.97±0.44mm）であり.補正精度は56.5％と低く90％.平均68.0±9.6％と高くなることを確認しています（35.36）。このモデルを用いて.国産ニューロナビゲーションシステムFDM Excelim-04（復旦大学デジタル医療センター開発）のプラットフォームに搭載可能な脳移動補正ソフトウェア3D Imageâを書き下ろした。
（3）術野表面と深部変形の関係からモデルを駆動し.最終的に高解像度かつ予測精度の高い脳移動補正画像を生成します。
3.術中画像処理技術 術中画像処理技術は.現在CT.超音波.MRIなどの画像処理技術を含め.より成熟した技術となっています。術中画像診断の初期の技術はCTと超音波であり.それぞれShalit（1979）とRubin（1980）によって最初に報告された。CTは近年改良され.特に骨に対する解像度は良好であるが.軟部組織に対する解像度はまだMRIに及ばず.またCTは放射性物質であるため.この環境下で長時間作業すると人体に有害となる可能性がある。術中超音波技術は近年急速に発展し.2次元.3次元の撮影が可能ですが.解像度がCTやMRIにまだ劣り.超音波の透過力は解像度に反比例し.すなわち解像度が高くなると透過力は低下します。したがって.これらの欠点から.術中CTや術中超音波の応用は限定的であり.促進されない。そこで.現在では.術中磁気共鳴画像法（iMRI）を用いて脳の変位を補正することが主流となっている。