| Project/Area Number |
23K02640
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 09070:Educational technology-related
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| Research Institution | Teikyo University |
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Principal Investigator |
杉本 真樹 帝京大学, 冲永総合研究所, 教授 (70398733)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末吉 巧弥 帝京大学, 付置研究所, 助教 (00957847)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | XR 拡張現実 / VR 仮想現実 / AR 拡張現実 / MR 複合現実 / Spatial computing / Holoeyes / 空間コンピューティング / ナビゲーション / 仮想現実 / 拡張現実 / メタバース / 手術修練 / 手術支援 / metaverse / virtual reality / augmented reality / holoeyes / hologram |
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| Outline of Research at the Start |
肝胆膵腹腔鏡・ロボット支援手術は, 複雑な病態解剖と緻密な手術計画が重要で, 病変進展・切除範囲を空間的に理解し, 安全確実に手術的根治しうる高度な知識と技能が要求される.
そこで肝胆膵外科医・医学生に対し, 手術工程の理解, 空間認識, 臨機対応能力を習得できる効率的な習熟/教育法を確立する. 仮想拡張現実 XR 技術を活用し, CT/MRI/超音波画像より, 病態解剖を手術中前後に空間的提示し, メタバースでのアバターによる動作を重ねて追体験できる遠隔教育を可能にする, 若手外科医/ 医学生の病態教育と, 臨床での手術前計画・予行・術中支援・修練を包括する空間的外科支援システムとする.
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究実施計画は概ね予定通りに進行している．3Dホログラムを使用した症例群と非使用症例群を比較し、術中の意思決定や手指・鉗子操作に与える影響、ならびに手術操作の停滞時間を解析した。また、医学生、初期研修医、若手外科医を対象とした主観的評価および客観的評価も実施し、XR支援による空間認識の向上、手術精度の改善、精神的負担の軽減といった多面的効果が明らかとなった.さらに、教育用途としての有効性についても、3Dホログラムと2Dディスプレイとの比較検証を通じて、疾患理解度や学習効率においてXRが有意に優れる結果が得られた。
さらに対象となる医学生・初期臨床研修医・専門研修医を段階的に対象化し、XRによる疾患理解支援が学習過程における認知負荷や課題遂行能力に及ぼす影響を分析した。具体的には、同一症例のCT/MRI画像をもとに生成した3Dホログラムを用いた仮想空間内での疾患説明、術前カンファレンス、手術予行演習を実施し、従来型2Dディスプレイでの学習群と比較した。その結果、XR提示群では疾患構造の3次元的理解度が有意に高く、また症例に対する術式の選択肢に対する理解と記憶保持にも差が認められた。特に脈管走行の立体把握や、術前予測における若手外科医の認識向上が顕著であった。また、メタバース空間におけるアバター同士の術前検討・協働操作体験は、実際の手術チームコミュニケーションの再現・修練にも有効であることが示唆された。
本研究により、仮想拡張現実と3D医用画像技術を融合させた新たな診療・教育基盤の構築が、従来の2D学習環境と比較して空間認識力や臨床判断力の習得に寄与する可能性が実証された。今後はこの技術を他の外科領域にも応用展開し、汎用的な外科教育支援プラットフォームの確立を目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は、当初計画に基づき、肝胆膵外科領域における拡張現実（XR）およびメタバースを用いた診療・教育・修練の統合支援システムの開発を目的としていたが、研究期間中に得られた成果と技術的進展により、当初の計画を上回る進展が得られた。その要因としては、以下の3点が挙げられる。
第一に、民間企業との産学連携体制の強化により、技術開発と検証プロセスが加速した点が大きい。特に医用画像から3Dポリゴンを自動生成し、XRアプリとしてリアルタイムに表示するプラットフォーム（Holoeyes MD）の開発・改良が進んだことで、臨床現場での即時利用と術前計画への応用が早期に可能となった。
第二に、ウェアラブルXRデバイスやメタバース空間に関する周辺技術の進化と普及が研究を後押しした。特にApple Vision Proなどのパススルー型MRデバイスの登場と、高精度な三次元位置認識技術の応用により、術者の空間的認知を高精度に支援するインターフェースが構築できた。これにより、当初計画に含まれていなかった術中の三次元位置計測および操作評価の高精度化が実現した。
第三に、研究対象者の協力体制が非常に円滑であったことが挙げられる。複数の関連施設における臨床協力のもと、肝胆膵領域の高難度症例を数多く対象に含めることができたため、計画以上の症例数と多様な病態を対象とした検証が可能となった。これにより、XR支援の臨床的有用性を多角的に評価することができ、学会発表および論文投稿にもつながる成果を得た。
以上の理由により、本研究は当初想定された開発および検証段階を超え、臨床実装に近い段階にまで到達した。これは、技術的・人的・環境的要因が好循環を形成した結果と評価できる。今後は、本研究成果を基盤として、診療報酬加算や制度化に向けた展開を進めるとともに、他臓器領域への展開も視野に入れて発展させる計画である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究により、拡張現実（XR）およびメタバースを活用した肝胆膵外科診療・教育・修練支援システムの有用性が明らかとなった。今後は、この成果を発展・拡張させるため、以下の方策に基づき研究を推進する。
第一に、臨床実装に向けた医療機器としての制度化を進める。XRナビゲーションが実臨床における手術の安全性・効率性・教育効果を向上させる可能性が示されたため、管理医療機器としての認証取得を見据え、ユーザビリティ、安全性、信頼性に関するより広範なデータ収集と規制対応を行う。また、診療報酬加算の検討や医療政策との整合性を図ることで、社会実装を加速させる。
第二に、解析技術とAIの導入である。得られた手術映像や操作ログ、三次元空間位置データを活用し、AIによる術者動作の自動解析と熟練度評価モデルの構築を進める。これにより、術者教育や技術認定、フィードバック提供が客観化され、効率的かつ公平な技能修練支援が可能となる。さらに、個別化手術計画支援システムへの展開も視野に入れる。
第三に、他臓器・他科領域への応用展開である。本研究で確立された技術基盤は、膵頭十二指腸切除術や肝葉切除といった高難度術式に留まらず、他の腹腔鏡・ロボット支援手術、さらには胸部外科や整形外科等への適応も可能であると考えられる。今後は、多施設共同研究を通じて、汎用性と再現性の高い支援システムの確立を目指す。
以上の方針により、本研究成果をもとに次世代外科教育・支援インフラの構築を推進し、空間認知技術と医療の融合による革新的診療モデルの創出を目指す。
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