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多元計算解剖モデルと生体質感造形技術を融合した高度知能化治療支援システムの確立

Publicly Offered Research

Project AreaMultidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
Project/Area Number 15H01122
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionInternational University of Health and Welfare (2016)
Kobe University (2015)

Principal Investigator

杉本 真樹  国際医療福祉大学, 医療福祉学研究科, 准教授 (70398733)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2015: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords手術ナビゲーション / 3Dプリンター / 生体質感造形 / 医用画像解析 / 臓器立体モデル / 手術支援 / 低侵襲手術 / 計算解剖学 / 3Dプリンタ / 内視鏡手術 / 腹腔鏡手術 / シミュレータ / ナビゲーション
Outline of Annual Research Achievements

当研究代表者が発明した生体の構造と触感・質感を立体再現する特許技術, 生体質感造形(特許第52039037号,特許名称:3次元造形モデル作製方法および医療・医学・研究・教育用支援ツール)を応用し, 多元的計算解剖モデルをさらに強化補完し臨床展開するため, 医用画像情報からの臓器の構造と経時的変化, および臓器の物体特性(軟らかさ, 湿潤, 変形)の質感情報から人体機能を理数的に解析し,統計数理的モデルを構築した. 計算解剖モデルの直感性とユーザビリティの向上のため, CAD・CAM技術と3D造形成形技術にて形状と機能を同時に可視化・可触化し, 誰でも容易に理解できるような視覚と触覚を融合した分野横断的な多元モデル(将来手術支援加算可能な臓器立体モデルとシミュレータ)を創出した.
さらに診断治療手技を動作解析する. 3Dスキャナ/赤外線磁場三次元計測装置を用い, 手術中の実時間臓器形状データを,生体動物実験および実臨床で計測した. 人体解剖位置情報と手術時の臓器形状, 挙動変化とビデオ映像の画像認証で比較検証し, よりリアルタイムに医師の手技プロセス, 手技の難易度, 機器使用の適切さ, モデルの整合性を評価した.これら結果を統合し, 診断治療を安全・正確・低侵襲・効率的に実施する支援・教育システムを確立し評価, 実践, 臨床応用した.
これらの成果を国内外の学会、論文等で報告した。その一部の成果により、VR Creative Award 2016 優秀賞(2016.6)、日本コンピュータ外科学会2015年度CAS Young Investigator Award シルバー賞(日立賞)(2016.11.26)、Microsoft Innovation Award 優秀賞 (2017.3.22)、第58回科学技術映像祭優秀賞 (2017.4)を受賞した。

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。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (46 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 1 results) Presentation (28 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 7 results) Book (4 results)

  • [Journal Article] Three-dimensional printing and biotexture modeling for preoperative simulation in living donor liver transplantation for small infants.2016

    • Author(s)
      Soejima Y, Taguchi T, Sugimoto M, Hayashida M, Yoshizumi T, Ikegami T, Uchiyama H, Shirabe K, Maehara Y.
    • Journal Title

      Liver Transpl

      Volume: 22 Pages: 1610-1614

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  • [Journal Article] Patient-Specific 3D Printed Kidney Designed for "4D" Surgical Navigation-a Novel Aid to Facilitate Minimally Invasive Off-Clamp Partial Nephrectomy in Complex Tumor Cases.2016

    • Author(s)
      Komai Y, Sugimoto M, Gotohda N, Matsubara N, Kobayashi T, Sakai Y, Shiga Y, Saito N.
    • Journal Title

      UROLOGY

      Volume: 91 Pages: 226-233

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  • [Journal Article] 自己投射性と双方向性を実現したvirtual realityと仮想ホログラフィー拡張現実による没入型手術ナビゲーション2016

    • Author(s)
      杉本真樹, 志賀淑之 , 安部光洋 , 亀山周二 , 東健.
    • Journal Title

      日本外科学会雑誌

      Volume: 117 Pages: 387-394

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  • [Journal Article] 仮想現実VR, 拡張現実AR, プロジェクションマッピング, ホログラフィーによる人間中心設計HCDに基づく肝胆膵手術支援2016

    • Author(s)
      杉本真樹,東 健
    • Journal Title

      手術

      Volume: 70 Pages: 169-175

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  • [Journal Article] ウェアラブル機器と仮想現実VR の可能性:「情報が身の回りにある」メリットを医療現場にどう生かすか?2016

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Journal Title

      Japan Medical Society

      Volume: 230 Pages: 26-27

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  • [Journal Article] VR・AR・MR における三次元空間性・実時間相互作用性・自己投射性の比較による個別化医療手術支援の最適化2016

    • Author(s)
      杉本真樹,志賀淑之,安部光洋,齊川周,東健
    • Journal Title

      日本コンピュータ外科学会誌J JSCAS

      Volume: 18 Pages: 278-279

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  • [Journal Article] Patient-specific 3-dimensional Printed Kidney Designed for 4D Surgical Navigation: A Novel Aid to Facilitate Minimally Invasive Off-clamp Partial Nephrectomy in Complex Tumor Cases2016

    • Author(s)
      Komai Y, Sugimoto M, Gotohda N, Matsubara N, Kobayashi T, Sakai Y, Shiga Y, Saito N.
    • Journal Title

      UROLOGY

      Volume: 91 Pages: 226

    • DOI

      10.1016/j.urology.2015.11.060

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  • [Journal Article] Augmented Tangibility Surgical Navigation Using Spatial Interactive 3-D Hologram zSpace with OsiriX and Bio-Texture 3-D Organ Modeling2015

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Journal Title

      IEEE Computer Application Technologies (CCATS), 2015 International Conference on

      Volume: 1 Pages: 189

    • DOI

      10.1109/ccats.2015.53

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Initial experience with a tailor-made simulation and navigation program using a 3-D printer model of kidney transplantation surgery2015

    • Author(s)
      Kusaka M, Sugimoto M, Fukami N, Sasaki H, Takenaka M, Anraku T, Ito T, Kenmochi T, Shiroki R, Hoshinaga K.
    • Journal Title

      Transplant Proc.

      Volume: 47 Issue: 3 Pages: 596

    • DOI

      10.1016/j.transproceed.2014.12.045

    • NAID

      40020688799

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Continuing robotic surgery education in da Vinci training using virtual reality and actual simulator of 3D printing body organ replica model2015

    • Author(s)
      杉本真樹, 東健
    • Journal Title

      Journal of Japan Society of Computer Aided Surgery

      Volume: 17 Issue: 2 Pages: 73-81

    • DOI

      10.5759/jscas.17.73

    • NAID

      130005145789

    • ISSN
      1344-9486, 1884-5770
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 医用画像処理におけるバーチャルリアリティシステムとユーザビリティ;OsiriX とCAD/CAM を融合した生体3D プリンティング2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Journal Title

      日本バーチャルリアリティ学会誌

      Volume: 20 Pages: 18-22

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ウェアラブル拡張現実感によるジェスチャー操作画像手術支援: 網膜走査型レーザープロジェクターによるフォーカスフリーナビゲーション2015

    • Author(s)
      杉本真樹, 東健
    • Journal Title

      日本コンピュータ外科学会誌

      Volume: 17 Pages: 168-169

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      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 医用画像情報を可触化するLife Reverse Engineering: 生体質感造形Bio-Texture ModelingによるBIOTEXTURE Wet Modelの開発2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Journal Title

      人工臓器

      Volume: 44 Pages: 53-56

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] OsiriXによる臓器抽出から3Dプリンタ出力へのワークフロー2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Journal Title

      INNERVISION

      Volume: 30 Pages: 72-74

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      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Integration of patient-based immersive virtual reality, holographic augmented reality, and bio-elastic 3D organ printing for image guided laparoscopic surgery Emerging technology2017

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      SAGES 2017 米国消化器内視鏡外科学会2017 Annual Meeting Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons
    • Place of Presentation
      Houston, TX USA
    • Year and Date
      2017-03-22
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Immersive VR, AR, MR, and holography surgical navigation using VR-HMD, VIVE, Oculus, Google Tango, zSpace, and HoloLens2017

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      SAGES 2017 米国消化器内視鏡外科学会2017 Annual Meeting Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons
    • Place of Presentation
      Houston, TX USA
    • Year and Date
      2017-03-22
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wet-3Dプリンタ生体質感臓器レプリカとホログラム拡張現実感を融合した可触化VR手術シミュレーション2016

    • Author(s)
      杉本 真樹, 東 健
    • Organizer
      日本消化器関連学会JDDW2016 日本消化器外科学会・日本消化器病学会・日本肝臓学会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2016-11-04
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  • [Presentation] Virtual reality3要素(3次元空間性・実時間相互作用性・自己投射性)を伴うヘッドマウント型手術支援・教育システム2016

    • Author(s)
      杉本 真樹, 東 健
    • Organizer
      日本消化器関連学会JDDW2016 日本消化器外科学会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2016-11-04
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  • [Presentation] 医療Virtual Realityにおける空間性・実時間相互作用性・自己投射性と生体質感臓器立体モデリング2016

    • Author(s)
      杉本 真樹
    • Organizer
      第52回日本医学放射線学会秋季臨床大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-09-16
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    • Invited
  • [Presentation] Wearable augmented reality image guided navigation using laser retina projection eyewear in laparoscopic surgery2016

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      欧州内視鏡外科学会世界大会 24th International congress of the EAES
    • Place of Presentation
      Amsterdam
    • Year and Date
      2016-06-15
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 人間の能力を拡張するVR シミュレーション医療2016

    • Author(s)
      杉本 真樹
    • Organizer
      ITヘルスケア学会第10回記念学術大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-05-21
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    • Invited
  • [Presentation] 3D image application for preoperative simulation and surgical training2016

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      第24回アジア心臓血管・胸部外科学会ASCVTS 2016 24th Annual Meeting of Asian Society for Cardiovascular and Thoracic Surgery (ASCVTS)
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2016-04-06
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 3D printing and augmented reality for laparoscopic surgery simulation2016

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      SAGES Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons 2016
    • Place of Presentation
      Boston USA
    • Year and Date
      2016-03-18
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 3D-printed laparoscopic and robotic surgical simulation and navigation system using bio-elastic wet hemorrhagic organ replica2016

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      SAGES Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons 2016
    • Place of Presentation
      Boston USA
    • Year and Date
      2016-03-17
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] VR・AR・MRにおける三次元空間性・実時間相互作用性・自己投射性の比較による個別化医療手術支援の最適化に関する検討2016

    • Author(s)
      杉本 真樹, 東 健
    • Organizer
      第25回日本コンピュータ外科学会大会
    • Place of Presentation
      東京
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  • [Presentation] 患者個別全天球立体視画像と没入型頭位追従拡張現実HMDによる腹腔鏡・ ロボット支援内視鏡手術支援2016

    • Author(s)
      杉本 真樹 志賀 淑之
    • Organizer
      第29回日本内視鏡外科学会総会
    • Place of Presentation
      横浜
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  • [Presentation] 鉗子先端装着型超小型細径LED内視鏡の開発による拡大近接斜視効果の検討2016

    • Author(s)
      杉本 真樹
    • Organizer
      第29回日本内視鏡外科学会総会
    • Place of Presentation
      横浜
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  • [Presentation] 超小型細径LEDカメラによるモバイル腹腔鏡システムの開発2016

    • Author(s)
      杉本 真樹
    • Organizer
      第29回日本内視鏡外科学会総会
    • Place of Presentation
      横浜
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  • [Presentation] 切離縫合・出血凝固を再現した触感等価実体臓器モデルと実物大腹腔実体シミュレータを統合した内視鏡手術トレーニング2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Organizer
      第28回日本内視鏡外科学会総会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-12-12
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  • [Presentation] 3Dプリンティングと拡張現実感による可触化内視鏡手術シミュレーショントレーニング2015

    • Author(s)
      杉本真樹, 志賀淑之
    • Organizer
      第28回日本内視鏡外科学会総会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-12-12
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  • [Presentation] プロジェクションマッピングと没入型ホログラム拡張現実感による腹腔鏡・ロボット支援手術ナビゲーション2015

    • Author(s)
      杉本真樹, 志賀淑之
    • Organizer
      第28回日本内視鏡外科学会総会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2015-12-11
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  • [Presentation] Synchronized Surgical Simulation using Bio-elastic Organ Replica: The Next Step of 3D Medical Imaging and 3D-printed Injection Molding2015

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      RSNA2015 Radiological Society of North America Education Exhibit Award Certificate of Merit
    • Place of Presentation
      Chicago USA
    • Year and Date
      2015-11-29
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 拡張現実感と3Dプリンティングを統合した革新的可触化腹部手術シミュレーション2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Organizer
      第77回日本臨床外科学会総会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2015-11-26
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  • [Presentation] 出血凝固と線維性結合を再現した生体質感臓器実体モデルの臨床医学的評価2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Organizer
      第77回日本臨床外科学会総会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2015-11-26
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  • [Presentation] ホログラム拡張現実感と生体質感造形を融合した空間触覚手術支援2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Organizer
      第77回日本臨床外科学会総会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2015-11-26
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    • Invited
  • [Presentation] 網膜走査型レーザープロジェクターによるフォーカスフリー拡張現実感手術支援2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Organizer
      第24回日本コンピュータ外科学会大会 2015
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-11-21
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  • [Presentation] Translational 3D-printed organ manufacturing of patient-specific bio-elastic organ replica for abdominal surgery simulation2015

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      23rd United European Gastroenterology Week 2015
    • Place of Presentation
      Barcelona Spain
    • Year and Date
      2015-10-24
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 3D-printed bio-elastic wet organ replication for liver and pancreatic surgery2015

    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      Gastro 2015 GESA-AGW & WGO International Congress
    • Place of Presentation
      Brisbane Australia
    • Year and Date
      2015-09-29
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  • [Presentation] 3Dプリンタ臓器モデルと3Dイメージングによる内視鏡手術支援イノベーション2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Organizer
      第55回日本産科婦人科内視鏡学会学術講演会
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      横浜
    • Year and Date
      2015-09-11
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  • [Presentation] 3Dホログラムと臓器立体モデルを空間重畳した拡張触感肝胆膵手術支援2015

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Organizer
      第27回日本肝胆膵外科学会・学術集会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2015-06-12
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    • Author(s)
      Maki Sugimoto
    • Organizer
      EAES 2015 23rd Congress of the European Association of Endoscopic Surgery 第23回欧州内視鏡外科学会議
    • Place of Presentation
      Bucharest Romania
    • Year and Date
      2015-06-04
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  • [Presentation] 3D拡張現実と生体質感3Dプリンティングによる直感的手術支援2015

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      杉本真樹
    • Organizer
      第29回日本医学会総会総会 2015 関西
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2015-04-11
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  • [Book] VR/AR 医療の衝撃2017

    • Author(s)
      杉本真樹
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      96
    • Publisher
      ボーンデジタル
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  • [Book] 医用画像3Dモデリング・3Dプリンター活用実践ガイド2016

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      杉本真樹
    • Total Pages
      320
    • Publisher
      技術評論社
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  • [Book] 「バイオ・医療への3Dプリンティング技術の開発最前線」P77-85,BIOTEXTURE生体質感造形技術によるバイオ触感実物大臓器立体モデルを用いた外科手術支援と生体反応シミュレーション教育2016

    • Author(s)
      杉本真樹
    • Total Pages
      9
    • Publisher
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    • Author(s)
      杉本真樹
    • Total Pages
      319
    • Publisher
      エクスナレッジ
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Published: 2015-04-16   Modified: 2018-03-28  

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