Development of Augmented Reality based neuronavigation
| Project/Area Number |
19K18400
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 56010:Neurosurgery-related
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| Research Institution | Jichi Medical University |
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Principal Investigator |
佐藤 信 自治医科大学, 医学部, 臨床助教 (80742345)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 脳神経外科 / 手術用顕微鏡 / 拡張現実 / モーションキャプチャー / ニューロナビゲーション |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、拡張現実技術を用いた脳神経外科手術支援システムの開発である。拡張現実は、スマートフォン等を通じて日常生活にも広く普及し、情報をわかりやすく表示する表現技術として注目されている。本研究はこの技術を脳神経外科の手術に導入し、新しい手術支援システムを構築する事を目指している。すでにタブレットを用いた拡張現実手術支援システムが完成しているが、この研究では、脳神経外科手術で重要なステージである顕微鏡を用いた手術に対しても有効に支援できるよう、顕微鏡を用いた拡張現実手術支援システムの開発を行う。本開発により脳神経外科手術の多くの段階に対応できる拡張現実手術支援システムの構築が実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は手術用顕微鏡に拡張現実型3Dニューロナビゲーションを適用させるための基礎となる研究及びシステム開発を並行して行った。
まず、顕微鏡に対して適用予定であるタブレットPCを用いた3Dニューロナビゲーションの実臨床における有用性を改めて評価した。これにより既存型のニューロナビゲーションと3Dナビゲーションの特性の違いを把握すると同時に、顕微鏡型3Dナビゲーションが対応すべき術式や、備えるべき機能、満たすべき性能の検討を行い開発方針を決定した。結果として、すでに有用性が確認されている開頭手術のみならず、定位脳手術や小児二分脊椎手術に対しても3Dナビゲーションは幅広い有用性を示した。本検討の成果は国際誌で報告している。
同時に顕微鏡型3Dナビゲーションのシステム開発に着手した。現時点におけるシステムは、次の通りである。まず、光学リファレンスを装着した手術用顕微鏡の3次元的位置を3D計測カメラで測定する。続いて顕微鏡から出力されるリアルタイムビデオ動画を位置情報と併せて制御コンピュータに集約し、コンピュータに搭載したARプログラムを用いて、3次元画像を顕微鏡ビデオ動画に重畳して表示するものである。システム構成がほぼ確定し、プロトタイプも作成したことから、ファントムを用いた精度検証に移行している。ファントムによる検証ではナビゲーションは計画通りに動作しており、実験を通じて継続的な3次元位置計測の精度向上やARプログラムの改良といった実用性向上に向けた取り組みを行っている。
現時点で概ね精度誤差2～3ミリ程度まで改良が進み、限定的ながら実用の域に到達したものと考えている。今後は石膏ファントムを用いた模擬手術による検証に移行する方針である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度は、手術用顕微鏡に対応した拡張現実型3Dニューロナビゲーションの基本的なシステム開発を行った。プロトタイプの作成も行い、これを用いたファントム実験を開始し、現在は精度向上や信頼性の検証まで至っている。
並行して研究成果を広く社会に公表するため、顕微鏡に対応したシステムの開発状況を国内学会で報告した。また、顕微鏡に適用する3Dニューロナビゲーションの特性を明らかにするために行った、定位脳手術に対して3Dナビゲーションを組み合わせる取り組みは、国際誌で発表している。
以上から現状の進捗状況は「おおむね順調に進展している。」ものと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後解決すべき課題は、精度向上と倍率への対応、及び実用的なナビゲーションソフトウェア開発の3点が挙げられる。精度向上については、3D計測装置の設定やハードウェア構成により一定の成果を見ている。倍率への対応は、術者が顕微鏡の倍率を操作した際に、ナビゲーションがこれに追従するための機能である。現状では暫定的に倍率を手入力する事で対応しているが、抜本的な解決をはかるため、画像認識を用いた倍率対応ソフトウェアの開発を開始している。現在手術ビデオや画像を用いた開発を行っており、完成次第ナビゲーションへの実装を行う方針である。また、実用的なナビゲーションソフトウェアの開発も重視している。現状のナビゲーションソフトウェアにおいても十分実用の域にあるが、コンピュータの専門的知識を有さない術者でもナビゲーションを遂行することが出来る簡易さと、臨床に即した「使いやすさ」や補助機能を実装することで、さらなる実用性の向上を図りたい。今後石膏ファントムを用いた模擬手術を通じて、各手術のエキスパートにナビゲーションの使用感や求められる性能、機能をインタビューし、適宜反映していく方針である。
以上を通じて、真に実用性を有するナビゲーションシステムの開発を引き続き進めていく。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
