肺の虚脱シミュレーションの統計数理的モデルの構築と腫瘍位置ナビゲーションへの応用

• Project Area: Computational anatomy for computer-aided diagnosis and therapy :Frontiers of medical image sciences
• Project/Area Number: 22103512
• 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: Waseda University
• Principal Investigator: 小林 洋 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (50424817)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2011: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2010: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: コンピュータ外科 / バイオメカニクス / 構造力学 / 低侵襲治療システム / 生体力学

Research Abstract

本研究の目的は,肺の虚脱シミュレーションにより虚脱後の腫瘍の位置を予測し,医師に提示する胸腔鏡外科手術のナビゲーションシステムの開発である.初年度には,主に肺虚脱シミュレーションの評価実験に関する下記の3点に関して研究を実施した.
(1)X線CT装置を用いた肺虚脱過程の形状取得:臨床に耐えうる高精度な肺虚脱シミュレータを開発するには,開発したシミュレータの評価が必要である.シミュレータ評価のため,肺の虚脱過程に生じる肺の変形を測定した.具体的には,X線CT装置内に設置した肺の気管支内の圧力を,製作した圧力コントローラを用いて変化させることで,肺を虚脱させ,各過程においてCT画像を取得した。この際,CTマーカを数点肺に張り付けて実験を実施した.
(2)画像解析を用いた変形場解析:取得したCT画像を解析することで変形場を推定した.具体的には,各変形過程の画像間で非剛体位置合わせを実施することで,変形場を抽出した.非剛体位置合わせの精度を評価した結果,非剛体位置合わせの誤差は1mm程度であり,シミュレーション評価に十分な精度での変形場が得られた.
(3)肺虚脱シミュレーションの開発:CT装置を用いた実験で取得した肺の形状をもとに,虚脱シミュレーションが可能な肺モデルを開発し,虚脱シミュレーションを実施した.シミュレーション結果と実験で得られたCTマーカの位置変化を比較したところ,シミュレーション結果とおおよそ同方向にCTマーカ変形していることが確認された.さらに,(2)で得られた変形場とシミュレーションで得られた変形場を比較し,シミュレーションを評価した.

Research Products

• [Presentation] Palpation Nonlinear Reaction Force Analysis for Characterization of Breast Tissues (2011)
  • Author(s): Yo Kobayashi, et al
  • Organizer: Proceeding of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: ボストン,アメリカ
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] Evaluation and comparison of the nonlinear elastic properties of the soft tissues of the breast (2011)
  • Author(s): Mariko Tsukune, Yo Kobayashi, et al
  • Organizer: Proceeding of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: ボストン,アメリカ
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] Modeling the Internal Pressure dependence of Thermal Conductivity of Lung and in vitro Measurement of Temperature during RFA (2011)
  • Author(s): Nozomu Yamazaki, Yo Kobayashi, et al
  • Organizer: Proceeding of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: ボストン,アメリカ
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] Development and evaluation of an identification method for the biomechanical parameters using robotic force measurements, medical images, and FEA (2011)
  • Author(s): Takeharu Hoshi, Yo Kobayashi, et al
  • Organizer: Proceeding of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: ボストン,アメリカ
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] Development and cvaluation of an identification method for the biom echanical parameters using robotic force measurements, medical images, and FEA (2011)
  • Author(s): Takeharu Hoshi, Mariko Tsukune, Yo Kobayashi, Tomoyuki Miyashita, Masakatsu G.Fujie
  • Organizer: Proceeding of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: ボストン,アメリカ
  • Year and Date: 2011-08-30