脳外科手術シミュレーションシステム構築に関する基礎的研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380147
• Research Institution: Iwate Prefectural University
• Principal Investigator: 土井 章男 岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 教授 (60271839)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 彰 岩手医科大学, 脳神経外科, 教授 (10204067) ; 松田 浩一 岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 講師 (70325926) ; 亀田 昌志 岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 助教授 (60243325) ; 小山田 耕二 京都大学, 高等教育研究開発推進センター, 教授 (00305294) ; 井上 敬 岩手医科大学, 脳神経外科, 助手 (70326651)
• Keywords: 脳外科手術シミュレーション / セグメンテーション / 弾性モデル / 有限要素法 / フォースフィードバック装置 / MRI / CT

Research Abstract

脳は他の器官に比べて,変形しやすく,現状では,高精度の脳外科手術シミュレーションシステムは,開発されていない.我々は脳を剛体ではなく,柔軟な弾性体として扱うことで,世界初の実用的な脳外科手術シミュレーションシステムを目指している.本年度、開発した機能には,1)3次元医療画像から形状データの自動抽出機能の統合化 2)3次元医療画像および抽出された形状データのリアルタイムな高精細表示 3)抽出された形状データの精度の高いリアルな変形操作 がある.1)の機能は,ノートパソコンで同様の機能を実現し,(株)デカルトと共同で,製品化を目指しており,平成16年4月にSerius(Volume Extractor Ver.2.0)の販売を開始した.2)に関しては,HWテクスチャマッピングを用いて、ボリュームレンダリングをリアルタイムで表示する機能を開発した.3)は,連結バネと垂直バネを組み合わせた新しい弾性体モデルを開発し,正確な物理指数(ポアソン比とヤング率)を推測し,フォースフィードバック装置と連動させた.開発した手術シミュレーションシステムのプロトタイプは,岩手医科大学の先生に使用してもらい,そのシステム評価を行った.研究対象となる脳画像は,岩手県ハイテクリサーチセンター(アイソトープセンター)が所有する超高磁場(3テスラ)MRI装置と機能的MRI装置から取得し,医療全般に関して,岩手医科大学の研究メンバーより,助言を得た.機能1に関しては,半自動で大脳領域や腫瘍領域をセグメンテーションすることが可能になった.機能2に関しては,ビデオメモリーが256MBの場合,256の3乗ボクセルでリアルタイム・ボリューム・レンダリングが可能になっている.機能3に関しては,4面体数が4000程度の場合,リアルタイムで変形およびフォースフィードバック装置との連携が可能である.本研究で得られた成果は,(株)デカルトと共同開発している3次元画像処理ソフトウェア(Serius)の開発に利用され、県内企業にも貢献している(参照URL : http://www.dicult.com/pascal/pascal.html).

Research Products

• [Publications] 上野育子, 亀田昌志, 松田浩一, 土井章男, 井上敬, 小川彰: "Automatic Brain Segmentation from Head MRI Data using Region Growing Method with Restricted Processing Area"IASTED International Conference on Biomedical Engineering. 2. 97-102 (2004)
• [Publications] 上野育子, 亀田昌志, 松田浩一, 土井章男, 井上敬, 小川彰: "抽出範囲を限定したリージョングローイングによる頭部MRI画像からの脳領域抽出"映像情報メディア学会技術報告. 27-46. 13-16 (2003)
• [Publications] 藤原俊朗, 松田浩一, 亀田昌志, 井上敬, 土井章男, 小川彰: "術前検討支援システムにおける対話的な脳溝線トレース機能の実現"電子情報通信学会 画像工学研究会. IE2003-249. 25-30 (2004)
• [Publications] 土井章男: "Low discrepancy数列のコンピュータグラフィックスへの適用"日本シミュレーション学会. 22・4. 8-14 (2004)
• [Publications] 上野育子, 亀田昌志, 松田浩一, 土井章男, 井上敬, 小川彰: "頭部MR画像からの脳溝領域抽出"映像メディア処理シンポジウム(IMPS2003). I-2.05. 29-30 (2003)
• [Publications] 藤原俊朗, 土井章男, 松田浩一, 亀田昌志: "三次元幾何モデルを用いたエネルギー最小化原理に基づく自動形状抽出"画像電子学会. 32・3. 224-231 (2003)