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拡張現実を応用した新型内視鏡下手術支援ナビゲーションシステムの開発

Research Project

Project/Area Number 17K10905
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Neurosurgery
Research InstitutionJichi Medical University

Principal Investigator

山口 崇  自治医科大学, 医学部, 准教授 (20245070)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宮田 五月  自治医科大学, 医学部, 客員研究員 (10705445)
佐藤 信  自治医科大学, 医学部, 臨床助教 (80742345)
益子 敏弘  自治医科大学, 医学部, 教授 (90275701)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords拡張現実 / 手術ナビゲーション / 神経内視鏡手術 / 神経内視鏡 / 手術支援 / ナビゲーション
Outline of Annual Research Achievements

1.現在のAR naviによるモニタリング:3Dプリンターで下垂体腫瘍を含む石膏モデルを作成し、現有のAR naviを用いて内視鏡下経鼻下垂体手術モニタリングを手術室で実際にシミュレーションとして実施した。経鼻下垂体手術のような深部のターゲットでもブラインドスポットなく、常に目的の構造物をタブレット上に描出できることを確認した。次にタブレット端末に重畳された腫瘍を含む深部ターゲットの精度を検証したが、誤差は数ミリ以内であり問題がないことが確認された。
2.神経内視鏡の位置情報をコンピュータシステムに認識させる:神経内視鏡の位置情報をキャプチャーカメラに認識させるため、内視鏡本体に近い部分に内視鏡の位置情報を知らせる自作の小型光学リファレンスを装着した。さらにこの光学リファレンスが実際に手術操作の妨げにならないか、複数の石膏モデルでのシミュレーションを繰り返し、最も適切な装着部位を決定した。
3.神経内視鏡の映像情報にAR naviの情報を重畳させる:内視鏡映像をAR naviのコンピュータシステムに転送するとともに、内視鏡の位置情報もあわせて別ルートで送り、この両者をコンピュータの情報処理により癒合した。0度の内視鏡の画角は広く、周辺部においては映像の歪みを生じる。内視鏡映像のキャリブレーションを行い、歪みによる誤差が生じないように工夫し、最終的に内視鏡映像をAR navi上に最小限の誤差にて重畳することが可能となった。
4.実際の手術でAR naviを使用して、まだ見えない腫瘍をあたかも透見するかのごとく同定可能で、腫瘍摘出に有効であることを確認している。術中使用し精度の検証を行った結果、誤差は1mm-2mm以内であり、精度に関しては全く問題なかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

手術室で実際の手術において応用することができた。歪みの問題もキャリブレーションを工夫することで克服され、現時点で概ねの誤差は1-2mm以内であり十分
にナビゲーションとして許容されるレベルである。
現在重畳される主なデータは、内頚動脈・腫瘍・頭蓋底骨および視神経に限定されている。

Strategy for Future Research Activity

実際の手術のおける様々な検証:
手術室において以下の項目に関して、それぞれ検証を行っていく。
(1) 手術前のセッテイング:本システムのセッティングのために要する時間、人的負担など。(2) ブラインドスポットの有無:光学リファレンスを取り付けた内視鏡に対する検討。(3) 術中の操作性:手術操作と機器の干渉を術中使用する手術器具ごとに調べる。(4) 自作の洗浄装置(エンドスプラッシュ)との併用による操作性の変化:(3)と同じ。(5) 斜視鏡を用いた際の表示のされ方:体感的なものを含めて有用性が感じられるかなど。(6) 有用性の検証:導入後の手術時間、摘出度、合併症の出現率などの項目に関して術前と比較検討を行う。

Report

(4 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report

Research Products

(12 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Presentation (12 results)

  • [Presentation] 拡張現実(AR)ナビゲーションを活用した定位生検 ARガイド下定位脳手術の可能性2020

    • Author(s)
      佐藤 信、中嶋 剛、山口 崇、渡辺 英寿、川合謙介
    • Organizer
      第59回日本定位・機脳神経外科学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 拡張現実を用いたニューロナビゲータの開発2020

    • Author(s)
      佐藤 信、大谷 啓介、中嶋 剛、山口 崇、渡辺 英寿、川合謙介
    • Organizer
      第20回日本術中画像情報学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 拡張現実型ニューロナビゲーターの開発と鏡視下手術への展開2019

    • Author(s)
      佐藤 信、中嶋 剛、山口 崇、益子 敏弘、渡辺 英寿、川合謙介
    • Organizer
      第78回脳神経外科総会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 拡張現実及びモーションキャプチャーを応用した新型ナビゲーターによる内視鏡下手術の経験2019

    • Author(s)
      山口 崇、佐藤 信、中嶋 剛、渡辺 英寿、川合謙介
    • Organizer
      第26回日本神経内視鏡学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 立体モデルでの骨削除模擬訓練が有用であったpetroclival meningiomaの1例2019

    • Author(s)
      内山 拓、益子 敏弘、山口 崇、大谷 啓介、川合謙介
    • Organizer
      第31回日本頭蓋底外科学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 拡張現実型ニューロナビゲーターの開発と鏡視下手術への展開2018

    • Author(s)
      佐藤 信、中嶋 剛、宮田五月、山口 崇、益子敏弘、川合謙介、渡辺 英寿
    • Organizer
      第27回脳神経外科手術と機器学会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 拡張現実とモーチョンキャプチャーを応用した新型ナビゲーターによる神経内視鏡下手術の経験2018

    • Author(s)
      山口 崇、佐藤 信、益子敏弘、川合謙介、渡辺 英寿
    • Organizer
      第30回日本頭蓋底外科学会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 拡張現実とモーションキャプチャーを用いた新型ニューロナビゲーターの神経内視鏡下手術への応用2018

    • Author(s)
      山口 崇、佐藤 信、益子敏弘、川合謙介、渡辺 英寿
    • Organizer
      日本脳神経外科学会 第77回学術総会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 拡張現実とモーションキャプチャーを応用した新型ニューロナビゲーターによる神経内視鏡下手術の経験2018

    • Author(s)
      山口 崇、宮田五月、中嶋 剛、益子敏弘、川合謙介、渡辺 英寿
    • Organizer
      第25回日本神経内視鏡学会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 3D実体モデルを利用した経鼻内視鏡手術の術前シミュレーション2017

    • Author(s)
      山口 崇、大谷啓介、宮田 五月、中嶋 剛、益子 敏弘、川合 謙介
    • Organizer
      第129回日本頭蓋底外科学会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 拡張現実型ニューロナビゲーターの使用経験と鏡視下手術への展開2017

    • Author(s)
      佐藤 信,宮田 五月、中嶋 剛、山口 崇、益子 敏弘、川合 謙介
    • Organizer
      第76回脳神経外科総会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 傍鞍部病変に対する3D実態モデルを用いた経鼻内視鏡の術前シミュレーション2017

    • Author(s)
      山口 崇、宮田 五月、五味 玲、川合 謙介
    • Organizer
      第76回脳神経外科総会
    • Related Report
      2017 Research-status Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-12-27  

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