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xR System for Minimal Removal and Maximum Preservation in Robot-Assisted Partial Nephrectomy

Research Project

Project/Area Number 21K03967
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research InstitutionOkayama Prefectural University

Principal Investigator

Koeda Masanao  岡山県立大学, 情報工学部, 准教授 (10411232)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 登尾 啓史  大阪電気通信大学, 総合情報学部, 教授 (10198616)
大西 克彦  大阪電気通信大学, 総合情報学部, 教授 (20359855)
小川 修  京都大学, 医学研究科, 名誉教授 (90260611)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords手術支援システム / xR / ビジュアルオドメトリ / 手術シミュレータ / 熱伝導 / 膜 / 熱変性 / ロボット支援下腎部分切除 / 拡張現実感
Outline of Research at the Start

ロボット支援下腎部分切除では腫瘍を漏らさず除去し正常組織を最大限に残存させることが重要であるが,現状,切除ラインの決定や電気メスの扱いは医師の経験と勘に依存している.そこでビジュアルオドメトリ技術と拡張現実感技術を応用し,医師の手を煩わせない,医師が本当に必要としている汎用xR手術支援システムを医師と密に連携して開発する.また電気メスの熱影響を考慮した切除領域提示システム,および精度検証用シミュレーションシステムも並行して開発する.これにより正常組織の残存率向上,術後回復の促進,患者の QOL 向上,さらには国の医療費削減が期待できる.

Outline of Final Research Achievements

The objectives of this research are 1. Development of a surgical support system that can be easily introduced and operated anywhere by anyone, 2. Development of a simulator that realistically reproduces the abdominal cavity, 3. Thermal conduction simulation of the kidney. As an achievement of objective 1, we proposed an image processing method to improve the accuracy of visual odometry and developed an AR surgical support system. We also developed a surgical navigation system using VR. As an achievement of objective 2, we constructed a simulator that displays regions extracted from DICOM data in 3D voxels. We also developed a simulator capable of realistic deformation of membranes and organs using a dynamics engine. As an achievement of objective 3, we estimated the thermal diffusivity of the renal parenchyma by thermal conduction simulation and applied it to renal cooling.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ロボット支援下腎部分切除では腫瘍を漏らさず除去し正常組織を最大限に残存させることが重要であるが,切除ラインの決定や電気メスの扱いは医師の経験と判断に依存している.そこで本研究では,VR/ARを用いた手術支援システムを開発した.また膜の動きをリアルに表現する手法についても検討した.さらに,腎実質の熱伝導シミュレーションにより,電気メスや腎冷却による内部温度の変化が明らかになった.これにより電気メスの最適な焼灼時間や腎冷却のための霊薬時間の提案が可能となった.
本研究で開発したシステムを用いることで,正常な腎組織の残存率向上,術後回復の促進,患者のQOL向上,さらには国の医療費削減が期待できる.

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] "Stereo Visual SLAM with Removing Noisy Feature Points by Partial Image Blurring for AR Surgical Support System and Its Accuracy Verification"2023

    • Author(s)
      Masanao KOEDA, Yuto KAIHARA, Atsuro SAWADA, Akihiro HAMADA,Toshihiro MAGARIBUCHI, Osamu OGAWA, Katsuhiko ONISHI and Hiroshi NOBORIO
    • Journal Title

      Journal of Bioinformatics and Neuroscience (JBINS)

      Volume: 9 (1) Pages: 434-439

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] "腎冷却における内部温度変化の関数フィッティングによる定式化"2024

    • Author(s)
      鈴木 詩乃,小枝 正直,曲渕 敏博,澤田 篤郎,小林 恭
    • Organizer
      2024年電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] "膜のリアルな動きを再現する手術シミュレータの開発"2024

    • Author(s)
      島田 乃巴流,小枝 正直
    • Organizer
      2024年電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Slush法による腎冷却時の深部温度予測を目的とした腎全体の熱伝導シミュレーション"2024

    • Author(s)
      安江 亮祐,小枝 正直,曲渕 敏博,澤田 篤郎,小林 恭
    • Organizer
      情報処理学会 第86回全国大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] "Temperature Prediction Model for Advanced Renal Function Preservation in Partial Nephrectomy"2023

    • Author(s)
      Magaribuchi, T., Hamada, A., Masui, K., Yasue, R., Koeda, M., Sawada, A.
    • Organizer
      25th International Conference on Human-Computer Interaction
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] "Accuracy Evaluation of Stereo Visual SLAM with Unnecessary Feature Point Elimination Using Blur Processing for AR Surgical Support System"2023

    • Author(s)
      Masanao KOEDA, Yuto KAIHARA, Atsuro SAWADA, Akihiro HAMADA, Toshihiro MAGARIBUCHI, Osamu OGAWA, Katsuhiko ONISHI and Hiroshi NOBORIO
    • Organizer
      The 8th International Conference on Intelligent Informatics and BioMedical Sciences
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] "Position and Orientation Registration of Intra-abdominal Point Cloud Generated from Stereo Endoscopic Images and Organ 3D Model Using Open3D"2022

    • Author(s)
      Masanao Koeda, Naoya Maeda, Akihiro Hamada, Atsuro Sawada, Toshihiro Magaribuchi, Osamu Ogawa, Katsuhiko Onishi and Hiroshi Noborio
    • Organizer
      24TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON HUMAN-COMPUTER INTERACTION
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] "段階的ブラー処理による不要特徴点削除を用いたステレオVisual SLAMの精度評価"2022

    • Author(s)
      海原 優斗,宮本 泰蔵,小枝 正直,澤田 篤郎,曲渕 敏博,小林 恭,大西 克彦,登尾 啓史
    • Organizer
      第21回日本VR医学会学術大会 (JSMVR2022)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] "Ice Slush法による腎冷却時の深部温度予測を目的とした熱伝導シミュレーションによる腎実質の熱拡散率推定"2022

    • Author(s)
      安江 亮祐,小枝 正直,曲渕 敏博,澤田 篤郎,小林 恭
    • Organizer
      情報処理学会 第85回全国大会 (IPSJ85) 講演論文集
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] "断層画像群から生成したボクセルに基づく手術シミュレータ"2022

    • Author(s)
      黒木 悠矢,円藤 祐太郎,小枝 正直,大西 克彦,登尾 啓史
    • Organizer
      情報処理学会 第85回全国大会 (IPSJ85) 講演論文集
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Surgery support system with VR Interface for robot-assisted laparoscopic partial nephrectomy2022

    • Author(s)
      Masanao KOEDA, Akihiro HAMADA, Atsuro SAWADA, Toshihiro MAGARIBUCHI and Osamu OGAWA
    • Organizer
      Japanese-German Symposium/Workshop to learn Industrie 4.0 and Society 5.0
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3次元非定常熱伝導シミュレーションとサーモグラフィ動画の比較による生体組織の熱拡散率推定2022

    • Author(s)
      安江 亮祐,小枝 正直,濵田 彬弘,澤田 篤郎,曲渕 敏博,小川 修
    • Organizer
      情報処理学会 第84回全国大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 画像処理によるORB-SLAMの不要特徴点フィルタリングを加えたAR手術サポートシステム2022

    • Author(s)
      海原 優斗,城 聖人,小枝 正直
    • Organizer
      情報処理学会 第84回全国大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 腹腔の3次元点群と臓器モデルの点群レジストレーション2022

    • Author(s)
      前田 直哉,小枝 正直,濵田 彬弘,澤田 篤郎,曲渕 敏博,小川 修
    • Organizer
      情報処理学会 第84回全国大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] VR-Based Surgery Navigation System with 3D User Interface for Robot-Assisted Laparoscopic Partial Nephrectomy2021

    • Author(s)
      Masanao Koeda, Akihiro Hamada, Atsuro Sawada, Katsuhiko Onishi, Hiroshi Noborio and Osamu Ogawa
    • Organizer
      HCII 2021
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      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SLAMベースのAR内視鏡手術サポートシステムの精度向上を目的としたニューラルネットワークによる特徴点判別2021

    • Author(s)
      佐久間 涼太,箱谷 知輝,小枝 正直,濵田 彬弘,澤田 篤郎,小川 修
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 画像特徴点ベースのSLAMの精度向上を目指したセマンティックセグメンテーションによる不要特徴点排除2021

    • Author(s)
      箱谷 知輝,佐久間 涼太,小枝 正直,濵田 彬弘,澤田 篤郎,小川 修
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 不要特徴点排除のためのImageInpaintingによる内視鏡カメラ映像内の手術器具除去2021

    • Author(s)
      海原 優斗,小枝 正直
    • Organizer
      2021年度(第72回)電気・情報関連学会中国支部連合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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