CTとMRIを融合させる多元型変形可能な膵臓手術シミュレーションソフトの開発研究

• Project Area: Multidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
• Project/Area Number: 15H01103
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 大城 幸雄 筑波大学, 医学医療系, 講師 (10535008)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: CG / バーチャル / シミュレーション / 膵臓 / 非剛体位置合わせ / 膵臓手術シミュレーションソフト / 膵臓手術 / CT / MRI / 融合 / 多元 / 変形

Outline of Annual Research Achievements

次世代3D-CGバーチャル膵臓切除システム(Pancsim)の開発
i) CT-MRIフュージョンの高精度化 : CT画像上で胆管が認識困難な場合において高精度でMRI画像を融合可能な胆管の尤度分布を利用した非剛体位置合わせアルゴリズムの改良を行った。ii) 多元型膵臓変形3Dモデルの構築システムの開発 : 膵臓領域自動抽出アルゴリズムおよび対話型血管構造抽出アルゴリズムを統合した，膵臓およびその周辺構造(胆管，動脈，静脈)の3Dモデル構築システムを開発した。MRIが撮影不可能な場合に備え、ブラックハット変換を用いた膵管描出法を新たに拡充した。
Pancsimの有用性評価
iii) 腹腔鏡下胃切除術でのPancsimの有用性の評価 : Pancsimを用いて患者個別の解剖学的特徴ごとに膵変形，偏位を、術前にPC上でシミュレーションし，胃がん手術の術野展開、リンパ節郭清、血管処理の術前リハーサルが可能であり、正確で安全な手術に寄与した。iv) 腹腔鏡下胆嚢摘出術でのPancsimの有用性の評価 : Augmented Reality (AR)を取り入れた評価を行った。術中のモニターにPancsimによる胆嚢切除シミュレーション画像を重畳表示して，実際の手術モニターと並べて術中ガイドとして使用し、正確、安全な手術が施行でき、若手外科医の教育に有用であった。v) 腹腔鏡下膵体尾部切術でのPancsimの有用性の評価：膵臓を挙上し、脾動静脈の走行を術前に十分確認でき安全で正確な手術に有用であった。特に脾動静脈が膵臓に埋まっているケースや、蛇行しているケースには、拡大視され狭視野である腹腔鏡下手術においては非常に有用であった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] 3D liver surgery simulation: computer-assisted surgical planning with 3D simulation software and 3D printing (2017)
  • Author(s): Oshiro Y, Ohkohchi N.
  • Journal Title: Tissue engineering part A Volume: 印刷中 Issue: 11-12 Pages: 474-480
  • DOI: 10.1089/ten.tea.2016.0528
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 肝臓―肝離断のプロセスをシミュレートするコンピュータ手術支援― (2017)
  • Author(s): 大城幸雄、岡田俊之、倉田昌直、大河内信弘
  • Journal Title: 日本外科学会雑誌 Volume: 118 Pages: 46-50
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The effect of three-dimensional preoperative simulation on liver surgery World Journal of Surgery (2017)
  • Author(s): Nakayama K, Oshiro Y, Ohkohchi N
  • Journal Title: World Journal of Surgery Volume: 印刷中 Issue: 7 Pages: 1840-1847
  • DOI: 10.1007/s00268-017-3933-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Three-dimensional simulation of pancreatic surgery showing the size and location of the main pancreatic duct (2017)
  • Author(s): Miyamoto R, Oshiro Y, Nakayama K, Kohno K, Hashimoto S, Fukunaga K, Oda T, Ohkohchi N.
  • Journal Title: Surgery Today Volume: 47 Issue: 3 Pages: 357-364
  • DOI: 10.1007/s00595-016-1377-6
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A novel three-dimensional print of liver vessels and tumors in hepatectomy (2017)
  • Author(s): Oshiro Y, Mitani J, Okada T, Ohkohchi N
  • Journal Title: Surgery Today Volume: 47 Issue: 4 Pages: 521-524
  • DOI: 10.1007/s00595-016-1383-8
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Neuroendocrine carcinoma of the extrahepatic bile duct: A case report. (2016)
  • Author(s): Oshiro Y, Gen R, Hashimoto S, Oda T, Sato T, Ohkochi N
  • Journal Title: World J Gastroenterol. Volume: 22 Issue: 30 Pages: 6960-6964
  • DOI: 10.3748/wjg.v22.i30.6960
  • NAID: 120007129482
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] AR・VRシミュレーション (2016)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Journal Title: 日本コンピュータ外科学会誌 Volume: 18 Pages: 145-147
• [Journal Article] 肝切除支援ツール「3D肝臓プリントフレームモデル」の開発と手術での運用 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、岡田俊之、三谷 純、宮本恵美、大河内信弘
  • Journal Title: 月刊新医療 Volume: 500 Pages: 136-139
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 新規3Dプリントフレームモデルによる肝切除術支援 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Journal Title: MEDICAL TECHNOLOGY Volume: 44 Pages: 230-231
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 膵臓の3D画像構築と手術 (2016)
  • Author(s): 宮本良一、大城幸雄、橋本真治、小田竜也、大河内信弘
  • Journal Title: 手術 Volume: 70 Pages: 177-182
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 膵切除における3D手術シミュレーションの実際 (2016)
  • Author(s): 宮本良一、大城幸雄、橋本真治、小田竜也、大河内信彦
  • Journal Title: 消化器外科 Volume: 39 Pages: 67-74
• [Journal Article] Development and Application of A Novel 3D Surgical Emulator and Dynamic Surgical Textbook for New Surgery education (2015)
  • Author(s): Kim J, Oshiro Y, Kim S, Fukunaga K, Miyamoto R, Nakayama K, Mitani J, Ohkohchi N.
  • Journal Title: International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery Volume: 10 Issue: S1 Pages: 270-271
  • DOI: 10.1007/s11548-015-1213-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 医工産学連携による「肝変形を可能とした次世代型3D-CG肝臓手術シミュレーション・システム」開発 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄、金 尚泰、工藤博幸、滝沢穂高、三谷 純、岩田洋夫、矢野博明、掛谷英紀、圓崎祐貴、清徳省雄、大河内信弘
  • Journal Title: JJSCAS2015 Volume: 15 Pages: 140-141
  • NAID: 10031194143
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of the Haptic Device for a Hepatectomy Simulator (2015)
  • Author(s): .Enzaki Y, Yano H, Oshiro Y, Kim J, Kim S, Iwata H, Ohkohchi N.
  • Journal Title: Haptic Interaction Volume: 277 Pages: 231235-231235
  • DOI: 10.1007/978-4-431-55690-9_44
  • ISBN: 9784431556893, 9784431556909
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 肝臓手術シミュレータのための力覚付きバーチャル超音波吸引装置 (2015)
  • Author(s): 藤田涼太、圓崎祐貴、矢野博明、大城幸雄、岩田洋夫、大河内信弘
  • Journal Title: 日本コンピュータ外科学会誌 Volume: 37 Pages: 178-179
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 3D Virtual Pancreatic Surgical simulation combined with Real-time Deformation using DT-MRI fusion (2017)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第3回多元計算解剖学国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 奈良県文化会館・奈良県・奈良市
  • Year and Date: 2017-03-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 肝臓手術トレーニングシミュレータのためのバーチャル肝臓提示装置の開発 (2017)
  • Author(s): 滝澤直輝、矢野博明、圓崎祐貴、大城幸雄、岩田洋夫、大河内信弘
  • Organizer: つくば医工連携フォーラム2017
  • Place of Presentation: 国立研究開発法人物質・材料研究機構・茨城県・つくば市
• [Presentation] 断面における誤検出した分岐点候補の削除処理を導入した腹部CT画像からの欠陥構造の対話的抽出 (2017)
  • Author(s): 内田 彰、岡田俊之、滝沢穂高、工藤博幸、大城幸雄、大河内信弘
  • Organizer: つくば医工連携フォーラム2017
  • Place of Presentation: 国立研究開発法人物質・材料研究機構・茨城県・つくば市
• [Presentation] Next Generation Computer-aided Surgery (2016)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: The 19th US-Japan Cellular and Gene Therapy Conference 3D Modeling and Printing of Tissues and Organs
  • Place of Presentation: FDA White Oakキャンパス
  • Year and Date: 2016-03-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3Dでわかることできること。 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第35回日本画像医学会 ランチョンセミナー
  • Place of Presentation: ステーションカンファレンス東京(東京都千代田区)
  • Year and Date: 2016-02-26
  • Invited
• [Presentation] われわれの医工産学連携戦略 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第29回日本内視鏡外科学会総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜・神奈川県・横浜市
• [Presentation] コンピュータ手術支援の取り組み～肝胆膵外科から消化管外科まで～ (2016)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第41回日本肝臓学会東部会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル・東京都・新宿区
• [Presentation] 可変3D画像と術野映像へのプロジェクションを用いた鏡視下胃癌手術のARナビゲーション (2016)
  • Author(s): 明石正義、大城幸雄、小川光一、久倉勝治、大原佑介、榎本剛史、小田竜也、大河内信弘
  • Organizer: 第25回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京工科大学蒲田キャンパス・東京都・大田区
• [Presentation] 分岐構造周囲の輝度特徴に基づく腹部CT画像からの血管構造の対話的抽出 (2016)
  • Author(s): 内田 彰、岡田俊之、滝沢穂高、工藤博幸、大城幸雄、大河内信弘
  • Organizer: 第25回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京工科大学蒲田キャンパス・東京都・大田区
• [Presentation] 将来のCASにおける若手教育と研究者育成～キャリア形成から考える (2016)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第25回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京工科大学蒲田キャンパス・東京都・大田区
• [Presentation] 肝臓手術シミュレータのためのバーチャル肝臓力覚提示装置 (2016)
  • Author(s): 滝澤直輝、矢野博明、大城幸雄、岩田洋夫、大河内信弘
  • Organizer: 第25回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京工科大学蒲田キャンパス・東京都・大田区
• [Presentation] 医療用フルHD裸眼立体表示におけるクロストークの低減 (2016)
  • Author(s): 吉田篤史、掛谷英紀、大城幸雄、大河内信弘
  • Organizer: 第25回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京工科大学蒲田キャンパス・東京都・大田区
• [Presentation] タッチレスディスプレイを用いたコンピュータ画像支援手術 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、大内田研宙、岡田俊之、橋爪 誠、大河内信弘
  • Organizer: 第25回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京工科大学蒲田キャンパス・東京都・大田区
• [Presentation] 腹腔鏡下肝切除におけるコンピュータ手術支援 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、中山 健、倉田昌直、高野恵輔、橋本真治、小田竜也、大河内信弘
  • Organizer: 第78回日本臨床外科学会総会
  • Place of Presentation: グランドプリンスホテル新高輪 国際館パミール・東京都・港区
• [Presentation] コンピュータ手術支援による腹腔鏡下肝切除 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、中山 健、倉田昌直、高野恵輔、橋本真治、小田竜也、大河内信弘
  • Organizer: 第11回肝癌治療シミュレーション研究会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場・大阪府・大阪市
• [Presentation] 腹腔鏡下胃切除の拡張現実（AR）ナビゲーション；可変3D画像と術野映像へのプロジェクション (2016)
  • Author(s): 明石正義、大城幸雄、田村孝史、榎本剛史、久倉勝治、大原佑介、小田竜也、大河内信弘
  • Organizer: 第71回日本消化器外科学会
  • Place of Presentation: あわぎんホール・徳島県・徳島市
• [Presentation] Computer-assisted surgical navigation in hepato-biliary-pancreatic surgery (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、中山 健、宮本良一、高野惠輔、橋本真治、倉田昌直、小田竜也、大河内信弘
  • Organizer: 第71回日本消化器外科学会
  • Place of Presentation: あわぎんホール・徳島県・徳島市
• [Presentation] コンピュータ手術支援を駆使した肝切除術 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、中山 健、高野恵輔、橋本真治、倉田昌直、小田竜也、大河内信弘
  • Organizer: 第52回日本肝癌研究会
  • Place of Presentation: 虎ノ門ヒルズフォーラム・東京都・港区
• [Presentation] 肝胆膵外科コンピュータ外科手術支援 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、岡田俊之、宮本良一、中山 健、高野恵輔、橋本真治、倉田昌直、小田竜也、大河内信弘
  • Organizer: 第41回日本外科系連合学会学術集会
  • Place of Presentation: ナレッジキャピタルコングレコンベンションセンター ・大阪府・大阪市
• [Presentation] コンピュータ手術支援による肝胆膵外科手術の推進と未来 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、中山 健、大河内信弘
  • Organizer: 第52回日本肝臓学会総会
  • Place of Presentation: ホテルニューオータニ幕張・千葉県・千葉市
• [Presentation] 肝胆膵領域の次世代コンピュータ外科画像支援手術 (2016)
  • Author(s): 大城幸雄、宮本良一、岡田俊之、中山 健、奥田洋一、高野恵輔、橋本真治、小田竜也、大河内信弘
  • Organizer: 第116回日本外科学会定期学術集会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場・大阪府・大阪市
• [Presentation] 新しい3D立体肝臓プリントモデルによる肝臓手術支援 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第77回日本臨床外科学会総会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市博多区）
  • Year and Date: 2015-11-26
• [Presentation] 新規3Dプリントフレームモデルによる手術支援 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第24回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
  • Year and Date: 2015-11-21
• [Presentation] 医工芸連携によるコンピュータ外科手術支援の開発と運用 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第37回茨城医学会総会
  • Place of Presentation: 茨城県医師会(茨城県水戸市)
  • Year and Date: 2015-10-18
• [Presentation] 肝門板における冠動脈ネットワークと関連症例の検討 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第23回JDDW
  • Place of Presentation: グランドプリンスホテル新高輪(東京都港区)
  • Year and Date: 2015-10-10
• [Presentation] Application of the Three-Dimensional(3-D) Liver Surgery Simulation and the Development of a Novel Next Generation Liver Surgery Emulator Combined with Real-Time Deformation (2015)
  • Author(s): Oshiro yukio
  • Organizer: CLINICAL CONGRESS 2015
  • Place of Presentation: Chicago (USA)
  • Year and Date: 2015-10-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 膵切除における3D手術シミュレーションの経験と術中ナビゲーション可能な次世代型エミュレーターの開発 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第10回肝癌治療シミュレーション研究会
  • Place of Presentation: ホテル椿山荘東京（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-09-26
• [Presentation] 胆道疾患治療へのシミュレーション技術の応用 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第51回日本胆道学会学術集会
  • Place of Presentation: ホテル東日本宇都宮（宇都宮市）
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 3D肝切除ナビゲーションと次世代型肝切除エミュレータ運用 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第51回日本肝癌研究会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸市中央区)
  • Year and Date: 2015-07-23
• [Presentation] 当科におけるコンピュータ手術支援の取り組みと手術工程をリハーサル可能なリアル肝切除3Dエミュレータ開発 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第27回日本肝胆膵外科学会
  • Place of Presentation: ホテル グランパシフィック LE DAIBA (東京都港区)
  • Year and Date: 2015-06-11
• [Presentation] 3D肝切除シミュレーション・ナビゲーション運用の実際と次世代型肝切除エミュレータ開発の進歩 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第51回日本肝臓学会総会
  • Place of Presentation: ホテル日航熊本（熊本市中央区）
  • Year and Date: 2015-05-21
• [Presentation] 医工芸連携による新しいダイナミックiPad手術書（肝臓編）開発 (2015)
  • Author(s): 大城幸雄
  • Organizer: 第115回日本外科学会定期学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市熱田区）
  • Year and Date: 2015-04-17
• [Remarks] 3D-CGバーチャル手術シミュレーションユニット
  • URL: http://u-tsukuba-vrsurg.jp/