形状変形を伴う軟組織手術ナビゲーションシステムの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12558033
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 佐藤 嘉伸 大阪大学, 医学系研究科, 助教授 (70243219)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 玉木 康博 大阪大学, 医学系研究科, 助教授 (10273690) ; 田村 学 大阪大学, 医学系研究科, 助教授 (50273644) ; 田村 進一 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (30029540) ; 加藤 天美 大阪大学, 医学系研究科, 助教授 (00233776)
• Keywords: 手術支援 / 3次元超音波 / 斜視鏡 / 拡張現実感 / CT画像 / 非剛体レジストレーション / セグメンテーション / 変形推定

Research Abstract

軟部組織の手術支援を目的とした内視鏡対応3次元超音波および拡張現実感可視化システムに必要な要素技術を開発し、これらの要素技術を統合して、臨床適用可能なシステムを構築した。要素技術としては、内視鏡下超音波画像3次元化のための光学式/磁気式ハイブリッド3次元位置センサシステム、ハイブリッド3次元位置センサを用いた磁気式センサの簡便迅速な磁場歪み補正法、3次元位置センサデータ獲得と超音波画像獲得の遅延補正法、および、"斜視"内視鏡カメラモデルとキャリブレーション法の開発を行なった。特に、簡便迅速な磁場歪み補正法により、内視鏡下での遮蔽された体内空間において、金属手術器具や電動手術ベッドのモータによる磁場歪みの影響を大幅に軽減し、磁気式センサを用いて高精度に3次元位置計測を行なうことが可能になった。
変形補正に関しては、3次元画像から抽出された血管などの分岐構造を用いる方法、および3次元画像の濃淡情報に基づく方法の2つのアプローチを開発した。前者に関しては、2つの分岐構造の照合問題として定式化し、多少の分岐トポロジーの違いを効果的に吸収するような拘束条件を考案した。後者に関しては、腹部や胸部の画像において複数の臓器/組織の境界上で生じる「臓器スライド」に伴う変形ベクトル場の不連続性に対処する方法を開発した。従来から、画像解析の分野では、種々の不連続対処法が検討されてきたが、不連続検出能と推定の安定性の兼ね合いの調整が困難であることが知られていた。本研究では、従来と全く異なるアプローチをとり、変形補正すべき対象領域の濃淡値確率分布既知という条件の下での最大事後確率推定問題として定式化し、不連続性を含む変形ベクトル場推定の新しいアプローチを提案した。さらに、開発した変形補正法を臓器領域抽出に応用し、変形が大きい場合の抽出精度の向上を確認した。

Research Products

• [Publications] Tamaki Y: "3D imaging of intraductal spread of breast cancer and its clinical application for navigation surgery"Breast Cancer. 9(4). 289-295 (2002)
• [Publications] 朴 鎔燮: "木連合グラフを利用した3次元木構造のマッチング法"電子情報通信学会論文誌(D-II). J85-D-II(6). 1124-1136 (2002)
• [Publications] 四方 秀則: "肺の非剛体レジストレーションのための血管分岐点位置決めアルゴリズム"電子情報通信学会論文誌(D-II). J85-D-II(10). 1613-1623 (2002)
• [Publications] Nakamoto M: "3D ultrasound system using a magneto-optic hybrid tracker for augmented reality visualization in laparoscopic liver surgery"Lecture Notes in Computer Science, 2489 (Proc.5th International Conference on MICCAI2002). Part II. 148-155 (2002)
• [Publications] Masumoto J: "A new similarity measure for nonrigid volume registration using known joint distribution of target tissue : Application to dynamic CT data of the liver"Lecture Notes in Computer Science, 2489 (Proc.5th International Conference on MICCAI2002). Part II. 493-500 (2002)
• [Publications] Nakamoto M: "A temporal calibration method for freehand 3D ultrasound system"Computer Assisted Radiology and Surgery : 17th International Symposium and Exhibition (CARS2003). (印刷中). (2003)
• [Publications] Yamaguchi T: "Projection model and calibration method for oblique viewing endoscope"Computer Assisted Radiology and Surgery : 17th International Symposium and Exhibition (CARS2003). (印刷中). (2003)