本文 Thesis 総合研究大学院大学学術情報リポジトリ A1673本文

ッ 脊髄断⾯に ける解剖学的標準化⼿法

開発と局所⿇酔薬 薬理作⽤ 統計的評価

藤⽊ 康久

2

⽬次

第 さ 章

さげさ 研究背景

・・・・・・・ す

・・・・・・・ せ

・・・・・・・ 8

第 2 章

脊髄断⾯画像 標準化⼿法 開発

2げさ 概要

・・・・・・・ さご

2げ2 使⽤ ータ

・・・・・・・ さし

2げし ⽅法

・・・・・・・ さず

2げしげさ 外形 抽出⽅法

・・・・・・・ さず

2げしげ2 ン ー 作成

・・・・・・・ さそ

2げしげし ン変換 づりりろをら へィaをイりんィmatろんを

_{・・・・ 22}

_{・ 2じ}

・・・・・・・ 2す

3

2げしげず 画素値 補間 平滑化法

・・・・・・・ 2ず

2げしげせ ⼈⼯ ン ー 画像 ベンチ ー

_{・ 28}

2げじ 結果

・・・・・・・ し2

2げす 考察

・・・・・・・ じ2

第 し 章

脊髄断⾯ ン 局所⿇酔薬 薬理作⽤ 統計解析

しげさ 概要

・・・・・・・ じす

しげさげさ 背景

・・・・・・・ じす

しげさげ2 研究⽬的

・・・・・・・ じず

しげ2 使⽤ ータ

・・・・・・・ じせ

しげ2げさ ー ン

・・・・・・・ じせ

しげ2げ2 神経活動 誘発 局所⿇酔薬 投与

・・・・・・ すご

しげし ⽅法

・・・・・・・ すさ

しげしげさ 空間 タ 画像 平滑化

・・・・・・・ すし

しげしげ2 ン 成分 除去

・・・・・・・ すす

しげしげし カ 変換 ベ 正規化

・・・・・・・ すず

しげしげじ 電気刺激⼊⼒ 対 応答 ベ 正規化

_{・・・・ すそ}

4

しげしげす 膜電位 ー ン ータ 標準化

_{・・・・ ずご}

しげしげず ータ 区間平均

・・・・・・・ ずさ

しげしげせ 局所⿇酔薬 薬理効果 統計解析

_{・・・・・・ ず2}

しげじ 結果

・・・・・・・ ずじ

しげす 考察

・・・・・・・ せす

第 章

総論

じげさ

・・・・・・・ せせ

じげ2 今後 課題

・・・・・・・ せ8

謝辞 ・・・・・・・ 8さ

参考⽂献 ・・・・・・・ 82

付録 さ ー 級数 最⼩⼆乗法 ・・・・・・・ 8せ

付録 2 Mづへばづて ⾓度依存変換 づとへ ・そさ

5

第 章

めに

1.1 研究背景

過去 2ご 年 間，脳活動 空間 ターン 評価 様々 画像計測技術 開発 ． 技術 中 ，機能的磁気共鳴画像法 りウをctろんをa」 maるをらtろc ィらイんをaをcら ろmaるろをるぞ りMRI や陽電⼦放射断層撮影 ァんイろtィんを らmろイイろんを tんmんるィaァれオぞ Pどへ ， 脳 神経活動 ン ⾏う

広 適⽤ い ． ⼿法 ⽤い 撮影 ー ン ータ

い 神経活動 定量的 評価 ，⼀般的 刺激や⼼理課題遂⾏

時 賦活部位 推定 ⽬的 回帰分析や，細胞間 機能的

結合 推定 ⽬的 相互相関分析 ⽤い ． ，被験者

脳 形状や 異 ，複数 被験者 神経活動 空

間情報 統合 統計的 評価 困難 あ ． 問題 解決

，個々 被験者 ー ン ータ 標準的 脳地図 標準脳 上

6

投射 ，全 ー ン ータ 解剖学的位置 標準脳上

⼀致 試 ． 標準化⼿法 ，脳

様々 解剖学的標準化法 解剖学的特徴点 位置 合わ ン ベー 標準化法 Hウmaを てィaろを づt」aイ［さ，2］ や画像 強度 空間分布 ターン 合 わ 強度ベー 標準化法 Statろイtろca」 Paィamらtィろc Maァァろをる Mらtれんよ［し，じ］ Mろcれろるaを 法［す］ 提案 い ． 標準化法 複数 ー ン

ータ 適⽤ ，標準座標系 神経活動 ン ⾏う ，被験

者間 ー 分析 ⾏う 統計検定 可能 ．同⼀被験者

Pどへ MRI 異 装置 得 画像や画像 同 装置 複数回計測 画像 共通 座標系 射影 ⽅法 Rらるろイtィatろんを ⽤い ，様々

⾮線形変換⼿法 提案 い ［ずけさ2］． ，脳 肝臓や胸部 超⾳波画像 い 様々 種類 画像診断 ⽬的 標準化法 提案 い ［さしけさず］．

⼀⽅ ，動物 対象 実験 い ，脳 脊髄［させけ2じ］ 電気的 神

経活動 時空間 ターン 解析 ，膜電位 ー ン 広 適⽤

い ，動物 脳 脊髄 ン 膜電位 ー ン

Rらるろイtィatろんを や解剖学的標準化⼿法 提案 い い．

， 膜電位 ー ン ⽤い 研究 ，あ 注⽬

7

解剖学的部位 決 ，各 ン い 部位 該当 選択

， 時系列 ータ い 解析 ⾏う 各条件

ータ 定量的 ⽐較 みさせけ2じめ．

1.2 膜電位 ー ン 法

さそず8 年 神経活動 あ 種 蛍光⾊素 蛍光効率 影響

，⽥崎 発⾒ み2すめ． ，さそせ2 年 でんれらを 研究

Mらィんcオaをろをら すじご いう⾊素 膜電位 ⽐例 蛍光変化 吸光変化 ⽰ 発表 ．さそ8ご 年代後半以降，Hろ」よらイれらろm や ばんらエ 多数 ⾊ 素 積極的 合成 ． ⾊素 総称 膜電位感受性⾊素 呼ぶ．膜 電位 ー ン ， 膜電位感受性⾊素 ⽤い 計測部位 染⾊ ，

励起光 照射 ，膜電位感受性⾊素 励起 ，発 蛍光 感光

受光 ⾏わ ．膜電位 ー ン 得

ー ン ータ ，時間・空間分解能 ⾼ ，脳内 ー ン活動 多点

同時計測 ⽅法 広 利⽤ い ．脊髄 い ，膜電位 ー

ン 法 有効 計測⼿法 あ ，脊髄 感覚 適⽤ 研究報告

多数 い ．

8

1.3 研究⽬的

複数 膜電位 ー ン ータ い ，解剖学的 同 位置 あ

選択 ， 時系列 ータ 解析 ，⽐較 ⽅

法 ，⼤ し 問題 含 い ．⼀ ⽬ 問題点 ，注⽬ 解剖学的

位置 い 時系列解析 ⾏ い 点 あ ．膜電位 ー

ン 法 ，撮影箇所全体 神経活動 ⾼い時空間解像度 同時 観察

点 最⼤ 利点 あ ． ，選択 数 解析

，選択 い い 全 無視 いう あ ， 利点

最⼤限活⽤ い い．例え ，注⽬ 以外

⽣理学的 重要 神経活動 あ 場合， 無視 う可能性 あ

，部位間 結合性 空間的情報 得 い．⼆ ⽬ 問題点 ，解析

者 注⽬ 時系列 ータ 波形 定性的 性質 基 い ⽬視

選択 ，解析結果 い 客観性 保証 い．膜電位 ー ン

空間解像度 しご×しご  mこァろォら」 程度 あ ，特 脳や脊髄 場合

複数 神経細胞 含 多い ，解剖学的構造 詳細 把握

困難 ． ，時系列 ータ 参考 ，注⽬ 解剖学的部

位付近 群 中 選択 あ ． 場

合，注⽬ 解剖学的部位 い ，解析者 異 選択

9

可能性 あ ． 三 ⽬ 問題点 ，⼤量 ン ータ 取得

場合，全 ータ 対 注⽬ 選ぶ必要 あ ，膨⼤ 作

業量 う点 あ ．

問題 解決 ⽅法 標準化 ⾮常 有効 ⼿法 あ 考え

．標準化 異 形状 ー ン ータ 定量⽐較 ，

ー ン ータ 標準的 地図上 投射 ，全 ー ン

ータ 解剖学的位置 標準脳上 ⼀致 ． ，標準化 適⽤

，注⽬ ⽬視 選択 必要 ，全 同

時 定量⽐較 可能 ， 問題 全 解決

． 本研究 ，脊髄 感覚 研究 利⽤

脊髄断⾯ 膜電位 ー ン ータ 標準化⼿法 開発 ⾏う．

，標準化法 適⽤ 解析 ン ー ョン ，脊髄 局所

⿇酔薬 投与 ン 膜電位 ー ン ータ い 標準化法 適

⽤ ，複数 ン 統計的 評価 ⾏う．

10

第 章

ッ 脊髄断⾯画像 標準化⼿法 開発

2.1 概要

脊髄 断⾯ ， 神経細胞 軸策 構成 ⽩質 神経細胞体 細胞 豊富 含 灰⽩質 囲 構造 い ．中央 第 じ 脳室 結合 い

中⼼管 ，脳脊髄液 満 ．灰⽩質部分 ，前⾓，側⾓，後⾓

分 ．灰⽩質 ，存在 神経細胞 性質 分類 ．前⾓

遠⼼性神経 運動性神経 細胞体 あ ，脳 接続 運動 関わ 神経

脊髄前⾓ 下位運動 ー ン 作 結合 ．後⾓ 末梢

⼊ 求⼼性神経 形成 神経細胞体 知覚神経 あ ．腰 髄・胸髄 側⾓ あ ， 交感神経 ⾃律神経線維 神経細胞体

あ ．灰⽩質 組織学的 幾 部分 分類 ．灰⽩質 分類

際 ， ばamろをa 〜 さご 層 分 層分類 最 広 ⽤い い 図 2げ ．

11

本研究 ，脊髄断⾯ 複数 膜電位 ー ン ータ い ，

灰⽩質 層構造 座標 ン 間 ⼀致 ，標準座標系 変換

標準化⼿法 開発 ⾏う．脊髄断⾯画像 標準化 ⽬的 ，⽩

質 灰⽩質 詳細 描写 ，灰⽩質 内部構造 ばamろをa 〜 分類 ，

同⼀座標上 ⼀致 あ ． ，膜電位 ー ン

脊髄断⾯画像 ，中⼼管 位置 確認 ，内部 解

剖学的構造 境界 明⽩ い ，灰⽩質 各層 識別 困難 あ

． ， 強度 空間分布 ターン ン ⼤ 異

，各 ン 画像 強度 空間分布 ターン 合わ 強度ベー 変

換⼿法 膜電位 ー ン 脊髄断⾯画像 適⽤ 適切 い．他

ーチ ，各 ン 画像 特徴点 ン ー 特徴

点 合 ン ベー 線形変換⼿法 あ ． ，脊髄断⾯ 輪郭

形状 単純 あ ，特徴的点 定 ⼗分 情報 い ，

⽅法 標準化法 ⼗分 正確 期待 い． ，膜電位

ー ン い ，強度ベー ン ベー い変換⼿法

適⽤ 望 い 考え ． 考慮 ，脊髄 外形 び中⼼

管 位置 ⽤い 標準化法 開発 ．⼀般的 画像変換⼿法 ン

変換 づりりろをら tィaをイりんィmatろんをぞ づへ あ ． ，平⾏移動，回転，拡⼤縮

12

⼩ び 断 ⼀次結合 各画像 ン ー 画像 ⼀致 ⼿

法 あ ． ン変換 画像全体 線形 歪 補正 可能

⼀⽅ ，部分的 ⾮線形 歪 補正 い ， ン変換

画像変換 正確 決 ⼗分 いえ い． ，我々 極座標系 原点 中⼼ ，⾓度 異 拡⼤率 与え，動径⽅向 拡⼤ 縮⼩ ⾏う⾮線形変換⼿法 提案 ． ⼿法 ⾓度依存変換 づをる」ら とらァらをよらをt へィaをイりんィmatろんをぞ づとへ 呼ぶ ． づとへ ⼿法 ，個々 画像 外形 ン ー 外形 合わ 外形ベー 標準化⼿法 あ ．

⽅法 ，外形 特徴 点 連続外形関数 描写

可能 あ ， 灰⽩質層構造 識別精度 ⾼い標準化 可能

期待 ．

本研究 ，脊髄 層構造 境界 識別 ，脊髄横断 神

経細胞 特異的 タン 質 あ NらウN をらウィんをけイァらcろりろc をウc」らaィ ァィんtらろを

染⾊ 組織画像 使⽤ ，づへ，づとへ び 組 合わ ⼿法

づへくづとへ 三 ⼿法 精度 ⽐較 ，標準化精度 評価

⾏う．各⼿法 ⽐較 ，各層 正 識別 ⽐率

び 」らaェらけんをらけんウt でィんイイけェa」ろよatろんを ばOOでV ⽤い ー率 指 標 ⽤い ．

13

図 2.1 脊髄断⾯図

脊髄 神経細胞 構成 ⽩質 神経核 あ 灰⽩質 囲 構造 い ．灰⽩質 組

織学的 ばamろをa ゴ さご 層 分類 ．

2.2 使⽤ ータ

脊髄横断 画像 標準化 ⽬的 ，⽩質 灰⽩質 詳細

描写 ，灰⽩質 内部構造 ばamろをa 〜 識別 ，同⼀座標上 ⼀致 あ ．本研究 ，膜電位 ー ン ータ 標準化法 適⽤

前提 い ，標準化⼿法 評価 当然膜電位 ー ン

ータ ⽤い あ ． ，膜電位 ー ン ータ 解剖学的

14

構造 境界 明⽩ い 脊髄 灰⽩質 層構造 確認 困難 あ

． ゆえ，標準化 灰⽩質 内部構造 程度⼀致 い

膜電位 ー ン ータ 正確 評価 極 困難 あ ．

，標準化法 ベンチ ー 画像 ，脊髄 断⾯ NらウN 染⾊ 組織画像 島根⼤学 横⽥茂⽂講師 提供い い ．図 2げ2 ⽰ 通 ， 組織画像 解像度 膜電位 ー ン ータ ⽐較 約 2ご 倍 ⾼

，灰⽩質 内部構造 識別 可能 あ ，標準化 精度 評価

適 い ．

NらウN 染⾊ 組織学的 技術 ［させ］ 記載 い ．新⽣

ター ，⽣後 じけす ⽇ ，抱⽔ ー 腹腔内注射 深⿇

酔 ，じ% 含有 ン酸塩緩衝液 静脈内注射

固定 ⾏ ． 後，脊髄 摘出 ，同⼀組成 固定液 脊髄組織 固定 ⾏ ． 後，凍結 ー 上 ， じご  m 厚 ，

第 じ 頸髄 でじ 複数 すけ8 枚 断⾯ ン 切 ， 抗 NらウN 抗体 ⽤い NらウN 免疫染⾊ 実施 ．NらウN 染⾊ 組織学的⽅法 詳細

⽂献みさせめ 記載 い 通 あ ．NらウN 染⾊ 組織化学的 着⾊ あ ，作成過程 損傷 受 ョン 対応 画像 し 枚 除外 ， 計 2さ 枚 画像 作成 ． ，標準画像 左右対称 ，

15

左右反転 鏡像画像 2さ 枚 追加 ，計 じ2 枚 画像 ⽤意 ．各々 組

織画像 ー Rにて 画像 ，解像度 画像

せ2よァろ さ28ご×そずご 図 2げし ．

図 2.2 膜電位 ー ン ータと組織画像 ⽐較

脊髄断⾯全体 撮影 膜電位 ー ン ータ 空間解像度 88×ずごァろォら」 あ ，灰

⽩質 内部構造 確認 難 い．⼀⽅，組織画像 空間解像度 さ28ご×そずごァろォら」 膜

電位 ー ン ータ ⽐較 ⾮常 ⾼ ，灰⽩質 染⾊ ，灰⽩質 内部構造

容易 識別 ．

16

図 2.3 脊髄 摘出標本 A と Cじ に ける 標本 組織画像 B

脊髄神経 脊椎 椎間孔 ⼀対 分岐 ，頸椎 間 分岐 頸神経

cらィェろca」 をらィェら ，胸椎 間 分岐 胸神経 tれんィacろc をらィェら 呼ぶ．

上 順 番号 付 略号 ，でさゴで8 第 頸神経〜第 頸神経 ，へれさゴへれさ2 第 胸神

経〜第 頸髄神経 呼 ．NらウN 染⾊ 標本 組織画像 ，脊髄 灰⽩質

層構造 明確 観察 ，灰⽩質 層 境界 引 容易 あ ．

2.3 ⽅法

2.3.1 脊髄断⾯ 外形輪郭線 抽出⽅法

横断 脊髄 組織画像 切⽚ 外形輪郭線 び灰⽩質 各層

境界線 ，神経解剖学 専⾨家 あ 島根⼤学横⽥茂⽂講師 描画 頂い ．

外形輪郭線 描画 際， ン ータ画⾯上 ⽤い 描画

⼿振 起因 発⽣ ，描画 外形曲線 い

ー 級数 ⽤い 平滑化 ⾏ ．

脊髄 中⼼ 位置 代表的 解剖学的部位 あ 中⼼管 座標 極座標系 原点 選択 ． 原点 外形 半径 び x 軸 ⾓度

17

r  _表 図 2げじ づ ．脊髄断⾯ 形状 単純 あ ，あ ゆ 半径 外

形輪郭線 必 ⼀点 交わ ，外形曲線 ，関数 定義 可

能 あ 図 2げじ て ．

p_{次 ー 級数 次式 定義 ．}

 

   

1

cos sin , 0 2

2

  _

  

k i i

i

r





  

，k ン 番号 ⽰ ．次数^p 決定 ⾏う際， 選択⼿法 ⽤ い ． 選 択 ⼿ 法 中 ⾚ 池 情 報 量 規 準 づ「aろ「ら Iをりんィmatろんを でィろtらィろんをぞ づIで ⼀般的 利⽤ ⼿法 ⼀ あ ，

づIで ⽤い ー 級数 次数 最適化 可能 あ ．

図 2げじ づ び図 2げじ て ン 描画 外形輪郭線あ い

r_{空間 変換 外形関数 ⽰ い ．各 ン 外形関数 ，}

づへ，づとへ び 組 合わ ⼿法 づへくづとへ 適⽤ ン

ー 画像 図 2げす 外形 合う う 変換 可能 ．

18

図 2.じ 外形 抽出 概略図 A と r^空間に ける外形関数 B

点 a 点 b 外形関数 極⼤値 あ ，点 c 点 よ 外形関数 極⼩値 あ ． 点 づへ ータ推定時 必要 にィんウをよ でんをtィん」 Pんろをt にでP ⽤い ．

図 2.す 標準化 概略図

個々 画像 ン変換 づへ ，⾓度依存変換 づとへ あ い 組 合わ

⼿法 づへくづとへ 適⽤ ン ー 画像 形状 ⼀致 う 座標変換

．

19

2.3.2 ン ー 作成

異 形状 ⽣体画像 標準化 ，⼀般的 形状 合わ

基準 ン ー 使⽤ ．過去 研究 い ，Pどへ や でへ

等 利⽤ 動物 脳 ン ー 画像 作成 関 研究 ⾏わ

い らォげ ［2ず］， ［2せ］， ［28］． ， 脊髄

ン ー い ，膜電位 ー ン 限

提案 い い． 我々 脊髄断⾯ ン

ー 作成 ⾏ ．

本研究 外形輪郭線 中⼼管 位置 利⽤ 標準化 ⾏う ，本研究 標準化⼿法 必要 ン ー 標準的 脊髄 形状 ⽰ 外形関

数 ． ，左右対称 ン ー 作成 ，脊髄横断

組織画像 2さ 枚， 左右反転 ー画像 2さ 枚 加え 計 じ2

枚 画像 ⽤意 ． ，各 ン 脊髄 外形輪郭線 さご

次 ー 級数 近似 ー ン ⾏ ．次 じ2 枚 画像

う さ 枚 ター 画像 指定 ，残 じさ 枚 い ター 画

像 合 う 形状保存変換 ィろるろよけbんよオ tィaをイりんィmatろんを 適⽤ ．形 状保存変換 ，平⾏移動，拡⼤・縮⼩ び回転 ⼀次結合 変換 あ

．変換 ータ 定義 以下 通 あ ． 極座標系 原点 中⼼

20

回転 ，r^空間 ^軸⽅向 平⾏移動 同義 あ ． ター 画像 k 番⽬ 画像 外形関数 び k 番⽬ 回転 ータ

( )

r  _{， (}r_k   _k) _，_{k ，回転 ータ}_{k ，}r( ) ( )

k k

r   _{誤差分散 最⼩化 う 最適化 求 図 2げず} づ，て ． ，k 番⽬ 画像 拡⼤率 ，次式 ⽰ う ^rk^{( ) r( )} 半

径 平均 ⻑ ⽐ 定義 ．

2 0

2 0

( )

( )

k

k

r d

r d





  

 

 ^ 



，形状保存変換 外形関数 ン 間平均 ン

ー 外形関数 定義 ． ン ー 外形関数 次式 ⽰ ．

   

1

1

t k k

k

r r

 n   



 _ 

⽅法 作成 ン ー 画像 ター 画像

選択 依存 ，選択 ター 画像 ン ー 形状 ⼤

変わ い． 図 2げず で ン ー 画像 外形関数 ⽰ い ．

21

図 2.6 外形関数 ン ー 作成

各 ン 抽出 外形関数 づ 形状記憶変換 適⽤ 外形関数 て

作成 ， 加算平均 ン ー 外形関数 で 得 ．

22

2.3.3 ン変換 Affinら Tィanイfoィmation

ン変換 ，幾何学 分野 平⾏移動，拡⼤・縮⼩，回転，

断 ⼀次結合 線形変換⼿法 あ 図 2げせ ． n 番⽬ ⼊⼒



 



T i j i j _{ン変換 ，以下 ⾏列 ⽰}

．

13

11 12

21 22 23

        

 

  _      

 

     

l l

l l

i m m i m

j m m j m

，各 ータ 最⼩⼆乗法 最適化 ．

ン変換 ，最⼩⼆乗法 ず ータ 測定 ，少 し

組 制御点 にィんウをよ でんをtィん」 Pんろをtぞ にでP あ 指定 必要 あ ．

，最適化 安定化 にでP 間 距離 ⼗分 望 い．

q_{個 にでP 各 ン び ン} ー 画像 外形輪郭線上 指 定 ，最⼩⼆乗誤差 次式 ⽰ ．

 

 

 

 

2

11 12 13

1

2

21 22 23

1 q

i k k k

k q

j k k k

k

i m i m j m

j m i m j m





     

    





，^i 関 各 ータ 偏微分 ⾏い，偏導関数 ご ータ 求 ．

23

11 12 13

11 1

11 12 13

12 1

11 12 13

13 1

2 ( ) 0

2 ( ) 0

2( ) 0

q i

k k k k

k q i

k k k k

k q i

k k k

k

i m i m j m i m

j m i m j m i m

m i m j m i m







  _{     }

 

  _{     }



  _

     

 







2げず

上 記連⽴⽅程式 解 ，最適化 ータ^m11，^m12 び^m13

求 ． ，^j い 同様 上記⼿順 踏 ータ^m21，^m22

び^m23 最適化 ． ， 推定 ータ 式 2げじ

代⼊ ，各 ン 画像 任意 ン ー 画像上

投射 ．

図 2.7 ン変換

ン変換 回転，拡⼤・縮⼩， 断，平⾏移動 ⼀次結合 変換⼿法 あ ．

24

2.3.じ ⾓度依存変換 Anglら Dらpらnよらnt Tィanイfoィmation

⾓度依存変換 づとへ 極座標系 基 い 回転 び⾓度依存 ー ン

⾮線形変換⼿法 あ 図 2げ8 ．⾓度依存 ー ン ，⾓度 異 拡⼤率 与え，動径⽅向 線形 拡⼤縮⼩ ⾏う あ ．⾓ 度依存 ー ン ータ ^{ }k

 





 

⽐ 正確 求 ．

  _

^{ } _

k

k k

r r

  

  

　 

変換後 座標 ^r び^ 次式 表 ．

k

 

k

r   r

  

 

  

   



 





2 2

tan

r i j

j



  

  _{ }

  _{ }

  

2 2

tan

r i j

j



     

  _{  }

   _{  }

  

2げそ 表 ． 式 2げそ 式 2げ8 代⼊ ，

 





関係 ，

25

1 2 2 1

1 2 2 1

tan cos tan

tan sin tan

 

 

 _{ }  _{ }   _{ } 

  

    _{ }     _{ } 

    

  _{ }   _{ } 

   _{  }  _  _{  }  _

 _{       }



k k k

k k k

j j

i i j

i i

j j

j i j

i i

  

  

表 ，各 ン 任意 ン ー 画像上 投射

．

図 2.8 ⾓度依存変換

⾓度依存変換 平⾏移動，回転，⾓度依存 ー ン 座標変換法 あ ．平⾏移動

原点 合わ 後，回転，⾓度依存 ー ン 順 変換 ータ 求 ．

2.3.す AT，ADT 混合法 AT+ADT

ン 断⾯画像 外形 違い ，⼤ 分 ⼆種類 区別

． ン 作成時 い 脊髄 横 切断 際 歪 や，

画像撮影時 い 断⾯ 対 斜 上 撮影 際 歪

ン 作成時 環境要因 形状 違い ン 個体差

26

ン 固有 形状 違い あ ． う ⼆種類 歪 順 補正 場

合，後発的 発⽣ ン 作成時 環境要因 歪 先 補正 上

ン 固有 歪 補正 望 い．本研究 ，づへ ン

作成時 環境要因 形状 違い 補正 想定 ， ン

固有 形状 違い い づとへ 限 補正 可能 あ

仮定 ． ゆえ，づへ＋づとへ 法 最初 づへ 変換 適⽤ ， 後 づとへ 適⽤ ．

2.3.6 画素値 補間と平滑化法

⼀般的 2げさず や 2げ2さ 定義 変換式 従 画像 変換 ⾏う 場合，⼆ 問題 引 起 ．⼀ ⽬ 問題 ，座標変換 ⾏う際 ⼊⼒画

像 変換後 画像 ⼤ い場合，⼊⼒画像 さ 対応

さ 点 求 ，変換後 画像 画素値 持 い⽋損

発⽣ あ ． う⼀ 問題 ， 形式 画像 整数値

座標系 構成 い ．⼊⼒画像 座標 必 整数値 ，

変換式 求 変換後 座標 必 整数値 限 い

，変換後 画像 画素値 正確 求

困難 あ ． 問題 解決 ⽅法 ，画像変換 逆

27

問題 解い 変換後 対応 元画像 座標 求 ． う

変換後 全 い 対応 元画像 座標 求 可

能 ， 計算 求 元画像 座標 ⼩数値 あ 場合 ，求 座標

周辺 画素値 補間 ，任意 対応 座標 画素値

求 ．画素値 補間法 ，対応 座標 最 近い位

置 あ 画素値 参照 ー法，対応 座標

周辺 2×2 補間 画素値 求 補間法，対

応 座標 周辺 じ×じ 補間 画素値 求

ー 補間法 あ ．本研究 い ， 補間法 計算

対 ⾼い平滑化 効果 得 補間法 採⽤ ．

補間 ，





 

補間 画素値 求 ．ⁱ び j 整数部分 ⼩数点切 捨

   

 

 

    



   





f i j _， f

_{   }

_{ }

_{   }

_{ }

               

     ^{ }   ^{   } 

     ^{ }   ^{   } 

     ^{ }   ^{   } 

, 1 1 ,

1 , 1

1 1,

1, 1

f i j i i j j f i j

i i j j f i j

i i j j f i j

i i j j f i j

    

    

    

    

2げささ

表 図 2げそ ．

28

図 2.9 バ ニ 補間法

補間法 ，座標

 

_{    }

_

   





f i j ， ^f

   

 

   

 

2.3.7 ⼈⼯ ン ー 画像に るベンチマー

づへ づとへ び づへくづとへ ⼿法 ⻑所 短所 明⽩ ，我々 ⼈

⼯的 ン ー 画像 ベンチ ー 画像 準備 ． ン ー 画像 ，

脊髄断⾯ 形状 模 外形関数，

  200 100 cos 2  

r    

⽔平⽅向 ^ こさ8 断変換 ゆ ， 後 ⾓度依存変換 ー

29

タ，

  1 0.05 cos 6    , 0 2 

        

⾓度依存変換 ⾏ ．

図 2げさご a b ，⼈⼯ ン ー 画像 ベンチ ー 画像 ⽰ ． 点 づ，点 て，点 で び点 と ^rけ^空間 外形関数 極⼤値 極⼩値

対応 点 あ ， 点 ⼗分 距離 保 い ． ゆえ，づへ

⼿法 ータ 推定 にでP ， 点 使⽤ ．

我々 ，づへ，づとへ ⼈⼯ ン ー 画像 あわ う づへ，づとへ び づへくづとへ ⼿法 ⽤い ベンチ ー 画像 変換 ， 変換⼿法 精度

評価 ⽐較 ⾏ ． ， 程度空間歪曲 補正 確認

， ン ー 画像 背景 じこ^ 中⼼ 動径⽅向 び 直線 同⼼円 基準線 描画 ，ベンチ ー 画像 作成 時 同様 ⼿

順 歪 基準線 ベンチ ー 画像 背景 描画 ．

歪 同⼼円 ，⾓度依存 ー ン 元 同⼼ 円 補正

． ，不等間隔 中⼼ 動径⽅向 び 直線 ，回転 断

補正 ． づへ ，不等間隔 中⼼ 動径⽅向 び 直

線 等間隔 補正 ． ，変換 外形輪郭線 形状 ⼈⼯

ン ー 画像 形状 ⼤ 異 ， 歪 同⼼円 づへ

30

変換 後 ン ー 画像 背景 異 形状 変換 ． ，

づへ ⾓度依存 ー ン 歪 補正 原因 あ

図 2げさご c ． ⼀⽅，づとへ 歪 ベンチ ー 画像 外形輪郭線

補正 ，不等間隔 中⼼ 動径⽅向 伸び 直線 補正

． 図 2げさご よ ． ，づとへ づへ 断 補正機能 有 い い あ ． づへくづとへ 法 補正 画像 ，⼈⼯ ン ー 画像 似 い わ 図 2げさご ら ． 変形 同⼼円 放 射⽅向 伸び 直線 ，づへ や づとへ 補正 画像 ⽐較 ⼈

⼯ ン ー 近い形状 補正 わ ． う ，づへ＋づとへ

⼿法 ，互い ⽋損 い 機能 補完 あ い いえ ．

，図 2げさご よ び ら い ，点 づ 付近 外形輪郭線 歪

い わ ． 外形輪郭線 極座標変換 際 点 づ 始点

び終点 座標 ータ い ー 級数近似 ⾏ 原因 あ

． ー 級数近似 閉曲線 必要 周期性 確保 ，周期

始点 び終点付近 ー 級数近似 外形輪郭線 実際 外形輪郭

線 ⼤ ，⾓度依存 ー ン ー 級数

近似 外形輪郭線 ン ー ⼀致 ，実際 外形輪郭線

ン ー 外形輪郭線 完全 ⼀致 ．

31

図 2.10 各⼿法 精度評価

⼈⼯ ン ー 画像 a ，ベンチ ー 画像 b ，づへ 修復 ベンチ ー 画

像 c ，づとへ 修復 ベンチ ー 画像 よ ，づへくづとへ 補正 ベンチ

ー 画像 ら ⽰ げ

32

2.じ 結果

，各 ン 画像 抽出 外形輪郭線 ー 級数 近似

平滑化 ⾏ ．式 2げさ ー 級数 次数 決定 場

合，外形輪郭線 情報 失わ い ，次数 ⼗分⼤ い値 設定

重要 あ ．⼀⽅，次数 ⼤ 取 ， ー ー ン

問題 引 起 ，⼿振 適合 う 平滑化 悪化

問題 あ ． ，次数 決定 際 ， 選択⼿法 ⽤い ． 選択⼿法 中 ⾚池情報量規準 づ「aろ「ら Iをりんィmatろんを でィろtらィろんをぞ づIで

⼀般的 利⽤ ⼿法 ⼀ あ ，づIで ⽤い ー 級

数 次数 最適化 可能 あ ．本研究 ， ン 次数^p

値 増加 づIで 値 変化 ， ン 若⼲傾向

異 ，ほ ン ^p7 づIで 値 ⼤ 変化

図 2げささ ． ，次数^p 値 さ 2ご 増加 数値解析 繰 返 ，^p10 結果 ほ 変化 ，外形関数 ⼗分 平

滑化 い 分 ． ，我々 全 ン い ^p10

選択 外形 ー 級数近似 ⾏ ．

33

図 2.11 ー エ級数 次数 決定

あ ン 外形輪郭線 各次数 ー 級数 近似 づIで ⽰ ．

5

p _{づIで ⼤ 減少 ，}p5 _{づIで 徐々 減少 ⼤ 変化 い}

い わ ．

次 ン変換 ⾏う ^rけ^空間 外形関数 極⼩値 2 点， 0   _{区間 極⼤値 2 点} び極座標系 原点 計 す 点 にでP 設定

図 2げじ 参照 ．

34

図 2.12 組織画像 層ごと ⼆値画像へ 変換

内部構造 境界 描画 組織画像 づ 層 作成 ⼆値画像 て ．任意

い ， あ 層 属 い 場合，対応 層 ⼆値画像上 ⽩ 塗 ぶ

， 以外 ⿊ 塗 ぶ ．

標準化⼿法 灰⽩質 層識別精度 調 ，我々

ン 各層 ⼆値画像 作成 図 2げさ2 ．⼆値画像 い ，点

 

 

 

,

1 if pixel ( , ) is included in the -th layer ( , )

0 else

l k

i j l

I i j _{ }^

 2げさじ

表 ． ^{l k} 層 ン 番号 あ ．同様 ，対応

変換画像 画素値 ^Il k,





次 ，次式 ⽰ 通 ，⼆値画像 い 層 ン 間平均 求 ．

 

1

, 1 ( , )

n

l l k

k

I i j I i j

n

  _{ }  

35

平均値 百分率 変換 頻度⽐率 りィらアウらをcオ ィatろん 呼ぶ

．例え ，頻度⽐率 さごご％ 場合，⼊⼒画像 全

ン 正確 同 層 変換 ⽰ ．逆 頻度⽐率 ご％ 場合，

⼊⼒画像 全 ン 対象 層以外 層 変換

⽰ ．従 ，頻度⽐率 変換⼿法 精度 評価 適切 指標 あ

，頻度⽐率 空間分布 頻度⽐率 りィらアウらをcオ ィatろん maァ 構成 ．

次 ，画像全体 変換⼿法 精度 評価 ，各層 頻度⽐

率 統合 考え ．我々 ，頻度⽐率 関 適当 閾

値 与え，い 層 頻度⽐率 閾値 ⾼

でatらるんィろカらよ ァろォら」 ，全 層 頻度⽐率 閾値以下

づmbろるウんウイ ァろォら」 定義 ．でatらるんィろカらよ ァろォら」 い 層 識別 意味 ，づmbろるウんウイ ァろォら」 ， 層 属 明確 い

あ 意味 ． ，我々 閾値 そす％

づmbろるウんウイ ァろォら」 空間分布図 作成 ． ，閾値 そす％ すご％ す％刻 減少 づmbろるウんウイ ァろォら」 空間分布図 確認 い

，閾値 8ご％ 下 づmbろるウんウイ ァろォら」 領域 ⼤ 減 少 ，各⼿法間 顕著 差 ⾒ ．閾値 そす％ 8ご％ 設定

でatらるんィろカらよ ァろォら」 づmbろるウんウイ ァろォら」 空間分布図 図 2げさし ⽰ ．

36

図 2.13 Catらgoィiカらよ pixらl と Ambiguouイ pixらl 空間分布

⿊塗 領域 そす% 上段 8ご% 下段 閾値 低い確率 識別

づmbろるウんウイ ァろォら」 ⽰ ， 他 領域 閾値 ⾼い確率 識別 でatらるんィろカらよ ァろォら」

⽰ い ． 図 ，各⼿法 空間的 識別精度 確認 ．

37

表 2. 頻度⽐率 閾値を超えた 数と外形 ン ー 内部に

存在 る 数に対 る割合

表 2げさ ， 閾値 設定 時，変換画像 い 頻度⽐率 閾値 超え 数 層別 ⽰ い ．でatらるんィろカらよ ァろォら」 全 層 合 計 値 ，閾値 そご％ び 8ご％ 両⽅ づへ 法 最⼩ ． ，づへ

法 層 識別精度 し 変換⼿法 中 最 低 意味 ．識別

精度 関 ⼤ 差 表 ，ばamろをa ， ， ， ， び あ ．ばamろをa ばamろをa 閾値 関係 ，づへ 法 ⼗分 識別

． 反対 ばamろをa 識別 数 づとへ 法

最⼩ ．ばamろをa 関 ，中⼼管 近い領域 い 各⼿法

38

差 ほ ，中⼼管 遠い領域 づとへ 他⼿法

⽐較 づmbろるウんウイ ァろォら」 多 分布 分 ．

，我々 ばらaェらけOをらけOウt でィんイイけVa」ろよatろんを 法 各変換⼿法 層識別能⼒ 統計学的 評価 ．じ2 枚 組織画像 中 さ 枚 抜 出 ，

k_{番⽬ 画像 ，上 説明 ⼿順 残 じさ 枚 画像 ⽤} い りィらアウらをcオ ィatろん maァ 作成 ． ，抜 出 画像 ⽐較

，作成 りィらアウらをcオ ィatろん maァ 灰⽩質 各層 び⽩質 ⼆値画 像 変換 ．任意 座標 い りィらアウらをcオ ィatろん 最 ⾼ 層 対応

⼆値画像 画素値 さ 代⼊ ， 以外 層 対応 ⼆値画像

ご 代⼊ ⼆値画像 変換 ⾏ ．作成 ⼆値画像 ，

づへ 法，づとへ 法 び づへくづとへ 法 逆変換 ，抜 出 画像 ⼀致

う 各⼿法 変換 ータ 最適化 ⾏ ． ，逆変換

画像 抜 出 画像 程度⼀致 い 評価 ⾏ ．

変換画像 対象 層 識別 ，抜 出 画像 い 層 識

別 へオァら さ らィィんィ 引 起 ． ，抜 出 画像

対象 層 識別 ，変換画像 層 識別

へオァら 2 らィィんィ 引 起 ．へオァら さ らィィんィ び へオァら 2 らィィんィ

，

39

^{, , ,}

,

l k l k

l k

l k

Sp S

dp Sp

 

,

l k l k

l k

l k

Sr S

dr Sr

 

定義 ． Sr ^Sp

 

,

^ _

^,

l k l k

i j

Sr I i j _{， l k,}

 _

^ _{ } ,

i j

Sp I i j

定義 ， ^Il k,

 

 

総数 ⽰ ．^Il k,^

 

 

, 1

1

l l k

k

dp dp

n

 _

1

1

l l k

k

dr dr

n

 _

求 ． 平均 ー率 い ，灰⽩質 各層 各変

換⼿法 ⼆要因分散分析 ⾏ ，2 要因 主効果 び交互作

⽤ 全 ^p0.05 有意差 ⾒ ． 後，各変換⼿法 平均

ー率 差 い ，灰⽩質 層 ン ー 補正 多重⽐較 有

意⽔準^p0.05 ⾏ 図 2げさじ ．

へオァら さ らィィんィ 場合，ばamろをa ， ， い づへくづとへ 法 ー率 づへ 法 ー率 ⽐ 有意 低 ，ばamろをa ， －ｌ， ， い

有意⽔準 満 ，づへくづとへ 法 最 ー率 低 傾向

40

⾒ ．へオァら 2 らィィんィ 場合，ばamろをa ， い づへくづとへ 法

ー率 づへ 法 ー率 ⽐ 有意 低い ，他 層 い 各変換⼿法間 有意 差 ．づへくづとへ 法 ，へオァら さ らィィんィ び へオァら 2 らィィんィ 両⽅ ー率 い ，全 層 最 ⾼い ー率 ⽰

．

41

図 2.1じ Tオpら 1 らィィoィ 多重⽐較 A と Tオpら 2 らィィoィ 多重⽐較 B

平均 ー率 い ン ー 補正 多重⽐較 ⾏い，有意⽔準 ^p0.05 ン

ー 補正後^{0.05 / 30.017} 有意差 組 合わ ぎ ⽰ ．

42

2.す 考察

本研究 い ，層構造 識別 関 標準化⼿法 づへ，づとへ び づへくづとへ 精度 ⽐較 ⾏ ，層識別 精度 層構造 位置

各⼿法 分 ．⼊⼒画像 ン ー 画像 合う う

変換 ，づとへ 法 づへ 法 ⽐ 第 層 ⾼い精度 識別

，へオァら さ らィィんィ へオァら 2 らィィんィ 両⽅ ー率 有意 低

わ ． ，同様 傾向 ばamろをa ． ，づとへ 法

⾓度依存 ー ン 動径⽅向 補正 ，

ばamろをa ， い 円周⽅向 分布 い 層 識別 ⾼い精度 得

考え ． ，づとへ 法 単独 断 歪 補正

い ， 断 歪 あ 場合 づとへ 適⽤ 前 づへ 適⽤ 必要 あ 考え ．づへくづとへ 法 ばamろをa ， ， ， 精度

向上 ． ，組 合わ ⼿法 ⼿法 不利 点 補い合

考え ．

，ばamろをa 中⼼管 近い領域や ばamろをa ， び ばamろをa

各変換⼿法間 有意差 ⾒ ． ，中⼼管 位置 づへ にでP

，づとへ 極座標系 原点 利⽤ い ，中⼼管 近傍

変換 際 ⼤ 移動 い あ 考え ．

43

，ばamろをa ， へオァら さ らィィんィ へオァら 2 らィィんィ ー率 他 層

低 ，ばamろをa ， 領域 他 層 ⽐ ⾮常 ⼤ い

原因 考え ．ばamろをa ， 変換⼿法 適⽤ 場合 他 層 ⽐ へオァら さ らィィんィ へオァら 2 らィィんィ 両⽅ ー率 ⾮常 ⾼

． ，ばamろをa 他 層 ⽐較 領域 ⼩ ，

ン ⼤ 考え ． ，境界

ambろるウんウイ ァろォら」 領域 ⼤ ，ばamろをa 適切 識別

． ，標準化 組織画像 ン 間平均

，灰⽩質 層構造 鮮明 描写 図 2げさす ．

図 2.1す 加算平均画像

中⼼管 位置 合わ 単純加算平均 画像 づ づへくづとへ 変換 画

像 加算平均 画像 て

44

膜電位 ー ン ，現在，脳 脊髄 全体的 電気活動 記録

⼀般的 技術 あ ．膜電位 ー ン 技術 ，例え ，脊髄

呼吸 中枢 ターン発⽣器や脊髄 感覚 対 適⽤

． ，膜電位 ー ン 得 時空間 ータ ，

効果的 神経活動 ⾒出 数学的⼿法 開発 ． ，膜電

位 ー ン ⾒出 神経活動 解剖学的 定義 部位 関

連 困難 あ ．本研究 問題 解決⽅法 提供 ．

本章 ，個々 画像 共通 ー 画像上 例え 脊髄 標準

的 地図上 投射 標準化法 提案 ． 中 づへ＋づとへ ⼿法

，本研究 提案 し ⼿法 中 最 正確 神経活動 解剖学的 定義

層構造 関連 可能 あ わ ．本研究 提案 画

像標準化⼿法 ，膜電位 ー ン う 光記録 ータ 適⽤

，神経活動 関 複数 ン 神経活動 統計的 評価

可能 あ ．

45

第 章

ッ 脊髄断⾯サン に る標準化法を

⽤いた局所⿇酔薬 薬理効果解析

3.1 概要

3.1.1 背景

⽪膚末梢 与え 痛覚刺激 ， 次感覚神経線維 末梢端 受容 ． 痛覚情報 ，脊髄後⾓ 延び い 神経線維 中枢端 活動電位

伝搬 後，脊髄 上⾏ ⼤脳 運 痛 感 ．

痛覚 抑制 ⽅法 ，脊椎⿇酔 利⽤ ．脊椎⿇酔

，局所⿇酔薬 脊髄 膜下腔 脳脊髄液内 注⼊ ，脊髄神経 ⿇酔 ， 痛覚，運動，交感 各神経線維 ⼀時的 遮断 痛覚 抑制 ⽅法

あ ．脊椎⿇酔 さ88じ 年 ⽶国 でんィをろをる ⽝ 実験 ン ⽤い

実施 始 ， 臨床応⽤ 初 成功 さ8そそ 年

てろらィ あ ．⽇本 い さそごご年 北川 初 脊椎⿇酔 施⾏ ，さそしご

46

年 Mcばら」」aをよ ⾼⽐重液 局所⿇酔薬 脊椎⿇酔 使⽤，脊椎⿇酔 安全性

⼀気 ⾼ みしごめ． ，さそじご 年代 脊椎⿇酔 基礎 あ ．現

在，脊椎⿇酔 下肢 下腹部 ⼿術 実⾏ い ．⿇酔薬

ン， ン， ン， ン等 ⽤い

多い．局所⿇酔薬 ，電位依存性 Na チ 作⽤ ，活動

電位 伝搬 遮断 局所⿇酔作⽤ 発揮 ．脊髄 い ，局所

⿇酔薬 脊髄神経根 作⽤ いう仮説 あ みしさめ．局所⿇酔薬 脊髄

効果 関 報告 い ， ン 間 効果 統計的評

価 び効果 関 空間情報 不⼗分 あ ，後⾓ 侵害受容 ー ン

ワー 局所⿇酔薬 正確 薬理作⽤ 完全 理解 い

いみし2，ししめ．

3.1.2 研究⽬的

脊髄 局所⿇酔薬 薬理作⽤ 解明 ，本研究 膜電位

ー ン 法 ⽤い ，脊髄 ン い 局所⿇酔薬投与前

投与後 い 神経後根 電気刺激 与え 際 脊髄後⾓ 電位変化

記録 ， ータ 解析 ⾏う．膜電位 ー ン ータ

条件 複数 ン 作成 ， 条件 異 ン ⽤

47

い 作成 ．当然， ン 異 脊髄 形状や内部構造 異

，単純 条件間 ⽐較 ⾏う 困難 あ ． 解決 前章

提案 標準化⼿法 適⽤ ，各 ン 膜電位 ー ン ータ 組

織画像 作成 標準画像上 投射 全 ータ 標準画像上 統合

． ，各 ン 解剖学的特徴点 標準画像 同⼀

上 ⼀致 ，複数 ン ー ン ータ 毎 解析

，全 同時 統計解析 可能 ．

3.2 使⽤ ータ

3.2.1 コー ン

脊髄 標本 ，国⽴病院機構村⼭医療 ンター岡⽥泰昌医⻑ 提供 受 ．脊髄 標本 作 ⼿順 みさせめ 同様 あ ． 簡潔 述 ，

両性 幼少 ター，⽣後 じけず ⽇ い チ ー 吸⼊

深⿇酔 ⾏い，頸髄 素早 分離 ．後根 含 頸髄 横断

でじ，です び でず ベ た単⼀区分 厚 ；8ごご–さごごご  m ，⼈⼯脳脊 髄液内 ン ー Mろcィんイ」ろcらィ とへはけさごごごた 堂阪 どM，⽇本

び 眼科⽤剪⼑ ⽤い ⼿作業 準備 ． ー ン

標本 ，膜電位感受性⾊素 よろけじけづNどPPSた Iをェろtィんるらを，

48

でaィ」イbaよ， でづ， べSづ ごげさけごげ2 mるこm」 含 ， そす % O2 こ す % でO2 しご 分間通気 ⼈⼯脳脊髄液 浸 染⾊ ⾏ ．

標本 ⽔平 ー ン チ ン ー Vん」ウmら 2m」 置 ，そす% O2 す% でO2 混合 平衡 ⼈⼯脳脊髄液 mんc「 でSな ァH せげじ

じm」こmろを 潅流 下 維持 ． ⼈⼯脳脊髄液 成分 ，さ2ずmM Naで」， すmM はで」，2ずmM NaHでOし，さげ2すmM NaH2POじ，2mM MるSOじ，2mM でaで」2， ささmM 糖 あ ．

電気刺激 誘発 後⾓ 活動 ，光記録 MろでづMごさ

てィaろをVろイろんを 使⽤ 分析 ． ー ン チ ン ー ，落射 蛍光顕微鏡 どc」ろァイら どずごごなNた Nろ「んを， へん「オん， のaァaを 倍対物 ン

P」aを づァん， Nづちごげ2， Nろ「んを 下 置 ．標本 安定 とで 電源 Pとしずけ2ごた はらをエんんよ，⽇本国東京 作動 ン電球 2すご Wた Oィろら」， Stィatりんィよ， でへ， べSづ 励起 タ λちすしすレさご をm 通

照射 ． ン 落射蛍光 ，MろでづMごさけででと 空

間分解能 ずご×そご ⽤い 蛍光 タ ン λずさごをm

通 検出 ． 各々 最初 蛍光強度 な ⽐較 蛍光強

度 変化量 ^f さりィamらこ2mイ ー 記録 ．光計測 さご 秒間 隔 さご 回繰 返 ，信号 加算平均 ⾏ ．

49

図 3.1 膜電位 ー ン 法

a 脊髄 標本， b 膜電位感受性⾊素 染⾊ ン ， c 膜電位 ー

ン 装置， よ 膜電位感受性⾊素 染⾊ ン 励起光 照射， ら 膜電位

ー ン 装置 概要説明図 ら 膜電位 ー ン ータ．膜電位感受性⾊素 ，染⾊

組織 膜電位 神経活動 応 変化 時， 吸光度や蛍光強度 ⽐例的 変化

いう特徴 持 い ．膜電位 ー ン ，膜電位感受性⾊素 ー

利⽤ ， 光量変化 ⾼速撮影素⼦ え ，神経活動 タ ー ン

可能 あ ．

50

3.2.2 神経活動 誘発と局所⿇酔薬 投与

本研究 ，局所⿇酔薬 効果 判定 ，局所⿇酔薬投与前 投与

後 条件 い ，脊髄 標本 後⾓ 神経活動 誘

発 際 電位変化 膜電位 ー ン 装置 ー

ン ⾏ ．

後⾓ 神経活動 後根 電気刺激 誘発 ． 脱分極性 矩形波電 流 振幅 さげすmづ，区間 すごµイらc ，電気刺激装置 SどNけせさごした ⽇本光電

⽤い ⽚側 後根 吸引電極 通 加え ［22，2す］． 本実験 い ，後根 電気刺激 擬似的 痛覚 誘発 ，づ 線維 で 線維 活性化

考慮 い ．

局所⿇酔薬 ン び ン ⽤意 ． 全 ン

い 局所⿇酔薬 投与前 cんをtィん」 条件 ー ン

⾏ ． ン び ン 2 種類 濃度 さご  M，

さごご  M ⽤意 ．次 各条件 濃度 局所⿇酔薬 標本 投与 後，さご

分間隔 ー ン ⾏ ． ン 数 条件

対 〜 匹 あ ．

51

図 3.2 ッ 脊髄 Cじ に ける膜電位 ー ン ータ

脊髄 摘出画像 中段左図 でじ 部位 横断 膜電位 ー ン

ータ 中段右図 び下段図 ⽰ ．膜電位 ー ン ータ 空間解像度 88×ずご あ

，ず8ご ー 周波数 すごごHカ 時系列 ータ 各 対応 ．

3.3 ⽅法

膜電位 ー ン ータ 解析 図 しげし ⽰ ーチ ー 従 ⾏

．膜電位 ー ン 法 得 ータ 多 や ーチ

含 い ， 可能 限 除去 SこN ⽐ 向上

多 前処理 必要 ． 除去 前処理 ，空間 タ，

ン 成分 除去 とらtィらをよ び カ 変換 順 適⽤ ． 後，前章

述 標準化法 ー ン ータ 適⽤ ． 後，局所⿇酔薬 効

52

果 評価 ，時系列情報 区間平均 ータ化 後，

対 毎 統計解析 ⾏ ．

図 3.3 解析 ーチャー

記録 膜電位 ー ン ータ Iをァウt ， ーチ ー 従 除去

前処理，標準化 び ータ 区間平均 統計検定 ータ 作成 ．

ータ い 条件間 統計検定 ⾏い， 検定結果 あ 統計量 標準

画像上 ン 統計量 Oウtァウt 得 ．

53

3.3.1 空間 タに る画像 平滑化

膜電位 ー ン ータ ，空間 タ 適⽤ ⼤幅

軽減 ．空間 タ ，任意 中⼼ M

⾏×N 列 近傍画素値 ⽤い ，対象 画素値 変換 タ

あ ． 空間 タ ⼀ あ ン タ 適⽤

平滑化 ⾏ ． ン タ ， 空間的配置 考

慮 ，注⽬ 近い ⼤ 重 ，注⽬ 遠い

⼩ 重 付 重 付 平均 取 ， 分布 関数，

  ^{, 1}

^exp

2 2

i j

f i j

 

  

 _  _

 

．

1 4 6 4 1

4 16 24 16 4

1 6 24 36 24 6

256 4 16 24 16 4

1 4 6 4 1

 

 

 

 

 

 

 

 

しげ2

す×す ⾏列 ，画像⼯学 分野 最 利⽤ ⾏列 あ ．空間 タ適⽤前 適⽤後 ー ン ータ 図 しげじ ⽰ ．図 しげじ 電気刺

激⼊⼒直後 タ ー ー ン ータ 空間分布 電気刺

54

激⼊⼒位置 近傍 時系列 ⽰ い ．図 確認

う ，空間 タ適⽤前 ベ ⾮常 ⾼い ，電気刺激

応答信号 ⼗分 識別 困難 あ ． ，空間 タ 適⽤

， ー ン ータ 空間分布 ，時系列 ータ

ベ ⼤ 減少 ．

図 3.じ 空間平均に るノ 軽減

電気刺激⼊⼒直後 タ ー ー ン ータ 空間分布 電気刺激⼊⼒位

置 近傍 時系列．す×す ン タ 適⽤前 上段 適⽤後 下

段 ー ン ータ 空間分布 時系列 ⽰ い ．

55

3.3.2 ン 成分 除去

膜電位 ー ン ータ 座標

 

タ適応後 信号

^F

^{ ( ) t}

     

 

, , , ^{i j}

i j ^t

_V

F 



^V

  ^{t }

  ^t

^

  ^t

成分 成分 び ン 成分 ⽰ ．撮影 ー ン ータ

い ，電気刺激 応答 い 考え 複数選択 ，時系

列 ータ 確認 ， ン 成分 回帰直線 推定 可能 あ

確認 ． ン 成分 回帰直線

,

 

i j

^{t a t}

^b

  

^F

^

^{( ) t  }

  ^t

．回帰直線 ータ^ai j, ，^bi j, 最⼩⼆乗法 推定

． ン 成分 推定 際，電気刺激 応答 い区間

 

,

⁰

V

t 

刺激⼊⼒前 区間 0^t び電気刺激 応答 ⼗分 減衰 いえ 区 間 800^t ータ ⽤い ン 成分 回帰直線 推定 ．

56

図 3.す ン 除去

ン 除去前 上段 除去後 下段 電位変化 ⽰ ．⾚線 ^{340 t 0, 800 t 1020}

区間 含 ータ ⽤い 推定 ン 成分^i j,

 

去後 ^i j,

 

3.3.3 ｚ変換に るノ ベ 標準化

膜電位 ー ン ータ ⼤ 異 ．⼀

部 異常 ⼤ 乗 い ，信号 値 ⾼い

あ ， 電気応答 区別

． ，膜電位 ー ン ータ全体 ベ