| Project/Area Number |
23K17185
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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 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
北口 大地 筑波大学, 医学医療系, 講師 (90818642)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 外科教育 |
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| Outline of Research at the Start |
近年発展が目覚ましい映像解析技術を直視下手術に適用し直視下手術における視野の共有と理解を目指す。筑波大学消化器外科と同計算科学研究センターの医工連携によって発案された自由視点映像技術を直視下手術に適用する“Surgical arena 360”のコンセプトを具現化し、さらには手術室での実証検証を行い、若手外科医や医学生への教育効果を確認する。最新の３D映像撮影システム、AIによる画像認識技術を余す所なく手術室に応用する“Surgical arena 360”により、新時代の外科教育が促進され外科医不足解消の一助になると共に、最終的には手術の質の向上は患者の治療成績に直結することを期待する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、中空リング型多視点カメラシステムを用いた術中自由視点映像の構築と、AIによる画像解析技術を用いたリアルタイム手術認識システムを開発することであり、AI手術認識システムは、①現在術野で何が行われているかを認識する「術中作業工程認識モデル」および、②術野のどこに何があるかを認識する「解剖構造認識モデル」の二つの基盤技術から構成される想定である。
開腹手術における自由視点映像技術を用いた術野記録装置「Surgical Arena 360」のプロトタイプを構築し、実際の開腹手術四症例において試用し、術野記録を行った。無影灯の影響による明度の不安定性や画角が広すぎる等の課題が抽出されたものの、術者の視野や手技を阻害することなく、一連の手技を通して術野記録を行うことが確認され、feasibilityを示すことに成功した。本コンセプトをJournal of Surgical Education誌の「How I Do It」として投稿し、当該年度内にアクセプトされ（J Surg Educ.2024 Mar;81(3):326-329.doi: 10.1016/j.jsurg.2023.12.003.）Proof-of-Conceptが達成されたと判断した。しかしながら、ハードウェア部分の構築と臨床使用におけるfeasibilityを示す部分に想定より時間を要したため、ソフトウェア部分、すなわち記録した術野映像を教師データとして用いたAIモデルの構築の着手に遅れが生じている。
今後は明度の安定と画角の狭小化により、記録映像の画質の向上を図ると共に、プロトタイプ本体の小型化・軽量化を図ることで、より術中使用時の術者の負担を軽減することを目標として開発・改良を進める。また録画された映像を解析し、深層学習を用いた画像解析技術の適用を検討していく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
開腹手術における自由視点映像技術を用いた術野記録装置「Surgical Arena 360」のプロトタイプを構築し、実際の開腹手術四症例において試用し、術野記録を行った。無影灯の影響による明度の不安定性や画角が広すぎる等の課題が抽出されたものの、術者の視野や手技を阻害することなく、一連の手技を通して術野記録を行うことが確認され、feasibilityを示すことに成功した。本コンセプトをJournal of Surgical Education誌の「How I Do It」として投稿し、当該年度内にアクセプトされ（J Surg Educ.2024 Mar;81(3):326-329.doi: 10.1016/j.jsurg.2023.12.003.）Proof-of-Conceptが達成されたと判断した。
ハードウェア部分の構築と臨床使用におけるfeasibilityを示す部分に想定より時間を要したため、ソフトウェア部分、すなわち記録した術野映像を教師データとして用いたAIモデルの構築の着手に遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は明度の安定と画角の狭小化により、記録映像の画質の向上を図ると共に、プロトタイプ本体の小型化・軽量化を図ることで、より術中使用時の術者の負担を軽減することを目標として開発・改良を進める。また録画された映像を解析し、深層学習を用いた画像解析技術の適用を検討していく予定である。
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