実時間有限要素解析を用いた超高精度低侵襲手術支援システムの開発

• Project Area: Computational anatomy for computer-aided diagnosis and therapy :Frontiers of medical image sciences
• Project/Area Number: 24103708
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 諸岡 健一 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 准教授 (80323806)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2013: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2012: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 低侵襲手術ナビゲーション / 内視鏡手術 / 臓器変形

Research Abstract

当該研究は，肝臓内にある腫瘍を除去する腹腔鏡下手術（腹腔鏡下肝切除術）を対象として， 実時間有限要素解析により，術中の肝臓・腫瘍および周辺組織の精緻な変形を再現し，それを基に術者に有益な情報を提供することで，安全・確実な低侵襲手術を支援するシステムの開発を目的とする．
平成25年度では，立体内視鏡から取得したステレオ画像から，肝臓表面形状を実時間で復元する方法を開発した．一般に，ステレオ画像から形状表面を復元するために，ステレオ画像を構成する左・右画像の対応関係を求める．この対応付けは，注目画素を中心とした窓を設定し，窓内の局所的特徴パターンの類似性に基づく．しかし，肝臓など，人体組織表面のテクスチャは一様であり，似たような局所パターンが多く存在するため，対応付けが複雑になる．
これに対し，我々は，広域的エッジという新しい特徴量を定義し，これを用いて対応付けを行った．通常のエッジ値は，注目画素の近傍で差分を取って求めるのに対し，広域的エッジ値は，注目画素を含む一行全体の広い領域での差分計算で求められる．これにより，輝度値変化の少ない連続面上において，周囲の輪郭部分の影響を加味した特徴を得ることができる．また，広域的エッジを効率的に算出する方法を構築し，実時間で形状復元が可能となった．実験結果から，従来のステレオ法と比べ，対応点未検出によるデータの欠損を削減し，連続した領域について，より滑らかな視差情報が得られた．

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A survey on statistical modeling and machine learning approaches to computer assisted medical intervention: Intraoperative anatomy modeling and optimization of interventional procedures (2013)
  • Author(s): KEN'ICHI MOROOKA, Masahiko Nakamoto, Yoshinobu Sato
  • Journal Title: IEICE Transactions on Information and Systems Volume: E96-D Pages: 784-797
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Survey on Statistical Modeling and Machine Learning Approaches to Computer Assisted Medical Intervention: Intraoperative Anatomy Modeling and Optimization of Interventional Procedures (2012)
  • Author(s): Ken'ichi MOROOKA, Masahiko NAKAMOTO, Yoshinobu SATO
  • Journal Title: IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems Volume: E96-D
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A Method for Reconstructing 3D Tissue Shapes from Stereo Endoscopic Images Using Wide-Range Edge (2014)
  • Author(s): KEN'ICHI MOROOKA, Yousuke Nakasuka, Tokuo Tsuji, Ryo Kurazume, Makoto Hashizume,A Method for Reconstructing 3D Tissue Shapes from Stereo Endoscopic Images Using Wide-Range Edge,Computer Assisted Radiology and Surgery,2014.06.
  • Organizer: Computer Assisted Radiology and Surgery
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] 広域的エッジ検出による内視鏡ステレオ画像からの3次元形状再構成 (2014)
  • Author(s): 中須加 陽介, 諸岡 健一, 辻 徳生, 倉爪 亮
  • Organizer: 2014年電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 新潟
• [Presentation] Navigation System with Real-time FEM Analysis for Safe and Accurate Minimally Invasive Surgery: Progress Overview FY2012 (2013)
  • Author(s): Ken'ichi Morooka
  • Organizer: The Fourth International Symposium on the Project "Computational Anatomy"
  • Place of Presentation: Osaka, Japan
  • Year and Date: 2013-02-23
• [Presentation] A Method for Estimating Patient Specific Parameters for Simulation of Tissue Deformation by Finite Element Method (2013)
  • Author(s): KEN'ICHI MOROOKA, Shuji Sonoki, Ryo Kurazume, Tsutomu Hasegawa
  • Organizer: 5th International Work-conference on the Interplay between Natural and Artificial Computation
  • Place of Presentation: Spain
• [Presentation] Navigation System with Real-time Finite Element Analysis for Minimally Invasive Surgery (2013)
  • Author(s): KEN'ICHI MOROOKA, Yosuke Nakasuka, Ryo Kurazume, Xian Chen, Tsutomu Hasegawa, Makoto Hashizume
  • Organizer: The 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: 大阪
• [Remarks] 九州大学 諸岡研究室
  • URL: http://fortune.ait.kyushu-u.ac.jp/index-j.html