力触覚提示機能を有するネットワーク型脳外科手術シミュレータの開発
| Project/Area Number |
15J01452
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Intelligent mechanics/Mechanical systems
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐瀬 一弥 北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2016)
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| Budget Amount *help |
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
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| Keywords | 手術シミュレータ / 医用画像処理 / 物理シミュレーション / バーチャルリアリティ / 触覚 / 患者固有モデル / 有限要素法 / メッシュ生成 / ハプティクス / 計算力学 / 医用画像 / 並列計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，力触覚提示機能を有する脳外科手術シミュレータの開発，および，脳外科手術シミュレータのネットワーク接続による遠隔ユーザ間VR環境共有の実現を目的として行われた．2016年度は，前年度に開発したメッシュ生成手法の三次元化と，力覚提示のための接触問題解法および安定化手法についての研究を行い，以下の成果を得た．
(1)医用画像に基づくメッシュ生成手法を三次元化し，脳裂の狭い溝構造が反映された有限要素メッシュの自動生成を実現した．これにより，従来より専門家の手作業が必要とされてきた患者固有モデル生成タスクの労力が削減された．この成果は国際会議MICCAI2016で発表した．
(2)前述のメッシュ生成手法は対象領域とメッシュの間で境界適合性を満たさない．この不適合性を考慮した接触判定法として，符号付き距離場を変形座標に対応付けて用いる高速な接触判定法を採用した．同手法は脳組織圧排シミュレーションに有効であることが確認されたため，日本コンピュータ外科学会誌に論文を投稿し採択された．
(3)高品質な力覚提示の実現には，安定かつ高速な接触シミュレーションの実現が必要となる．そこで，計算量削減のために接触問題をペナルティ法により定式化し，また，30ms程度の時間刻みにおいて安定性を得られるよう，陰的時間積分を適用した計算法を示した．同手法を評価しIEEE ROBIO 2016で発表した．
上記のようにシミュレータの基本機能開発は順調に進行したが，ネットワーク接続による遠隔ユーザ間VR環境共有の研究は十分に取り組むことができなかった．これは物理エンジンの開発に想定以上の時間が必要であったことと，研究過程の副産物で有用性が高かったメッシュ生成手法の成果発表を優先したためである．このように課題は残ったが，手術シミュレータの研究分野に重要な貢献を行うことができたと考えている．
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
