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, 病院助教 (80742345)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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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 | 拡張現実 / ニューロナビゲーション / 手術用顕微鏡 / 脳神経外科学 / 脳神経外科 / モーションキャプチャー |
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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 |
この研究は、手術用顕微鏡に適用可能な拡張現実（AR）ナビゲーションの開発を目指すものである。本研究が実現することにより、解剖が複雑でオリエンテーションの獲得が困難な顕微鏡手術に、解剖をわかりやすく理解できるARを用いた情報提示を導入でき、顕微鏡手術の成績改善が期待される。本年度中までにシステムは概ね完成し、実用化に向けて現在様々な評価を行っている。
まず、開発されたシステムの概要を説明する。システムは制御コンピュータと付属タブレット端末、および手術用顕微鏡に接続するための各種ポートから構成される。顕微鏡には接続ポートを通じて接続される。これにより、タブレット端末と顕微鏡の両方を用いたAR手術支援システムが実現された。本システムの有用な点は、①顕微鏡のみならずタブレット端末にも対応することで、術者は常に最良のARメディアを選択できる点、②特定メーカー、機種を問わず様々な手術用顕微鏡に対応できる点、が挙げられる。
本年は、ファントムを用いた検証を主として行った。まず様々な機種の手術用顕微鏡に本システムが対応することを確認した。結果として最新の手術用顕微鏡から、導入数十年を経た極めて古い機種の手術用顕微鏡に至るまで適用可能であることを確認し、利点②の実現可能性が実証された。続いて精度検証を行い約1.5ミリと、先行他システムに劣らない精度誤差であることも確認された。
今後は模擬手術や臨床応用を通じて、本システムの利点①が、臨床上どのような利点を術者に与えうるのかの評価に移行する予定である。
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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
本システムが先行他システムに対して有用な点は、①顕微鏡のみならずタブレット端末にも対応することで、術者は常に最良のARメディアを選択できる点、②特定メーカー、機種を問わず様々な手術用顕微鏡に対応できる点、が挙げられる。本年は、ファントムを用いた検証を主として行いこれらの利点がしっかり確保されている事を確認することが出来た。
まず様々な機種の手術用顕微鏡に本システムが対応可能である事を確認した。結果として最新の手術用顕微鏡から、導入数十年を経た極めて古い機種の手術用顕微鏡に至るまで適用可能であることを確認し、利点②の実現可能性が実証された。続いて精度検証を行い約1.5ミリと、先行他システムに劣らない精度誤差であることも確認され、システムの安定性も確認された。
今後は模擬手術や臨床応用を通じて、本システムの利点①が、臨床上どのような利点を術者に与えうるのかの評価に移行する予定であるが、模擬手術段階では開頭手技などマクロ手技にはタブレット端末が、顕微鏡手技には顕微鏡を用いたARが有用であることが確認されており、利点①が術者にもたらすメリットが大きいことも示された。
このため、安定性において先行他システムに劣らず、重要な二つの利点を持つシステムの開発が実用に近い段階まで進捗しているため、概ね順調に進展していると自己点検される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策は二つの大方針のもとに行う。
一つ目は完成したシステムの臨床上の有用性の検証である。模擬手術や臨床応用を通じて、本システムが術者や手術成績に与えうる影響を評価する。必要であれば適宜改良、再開発を行いながら真に実用的なシステムの構築を目指すものである。
二つ目はシステムのブラッシュアップである。現時点においても概ね実用に耐える水準となっているが、本システムには手術用顕微鏡の倍率変更に自動追従できないなど、未だに改良を要する点も散見される。臨床上の有用性検証に並行して、現状の問題に対応するようなアプリケーションの改良、改善を行っていく。
課題である倍率への自動対応については、画像認識を用いたシステムの開発を行っている。これは術野から特徴点を見出し、これらを追跡することで倍率の変更を自動検知、追従するものである。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
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[Presentation] Application of Augmented Reality to Stereotactic Biopsy2020
Author(s)
Satoh, M., Nakajima, T., Yamaguchi, T., Watanabe, E., Kawai, K.
Organizer
The 12th Scientific Meeting for the Asian Australasian Society of Stereotactic and Functional Neurosurgery, 2020
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