2015 Fiscal Year Research-status Report
双方向性画像支援機能を持つ胆道・膵再建シミュレーターおよび遠隔指導システムの開発
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15K01031
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
前村 公成 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 准教授 (30398292)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
盛 真一郎 鹿児島大学, 医歯学域医学部・歯学部附属病院, 助教 (00620519)
又木 雄弘 鹿児島大学, 医学部・歯学部附属病院, 特任講師 (10444902)
渡邊 睦 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (50325768)
新地 洋之 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (60284874)
夏越 祥次 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (70237577)
蔵原 弘 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (70464469)
高尾 尊身 鹿児島大学, 医用ミニブタ先端医療開発研究センター, 特任教授 (80171411)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 内視鏡外科 / 画像支援システム / 遠隔指導 / トレーニングシュミレータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究の目的は腹腔鏡技術を用いた胆道・膵切除後の安全で汎用性の高い臓器再建術を実現するために、胆道・膵に対する独自の腹腔鏡下消化管再建術専用の画像支援機構内蔵型訓練用シミュレーターを開発し、同技術を利用した双方向性遠隔指導システムの構築と、本技術を用いた訓練システムの体系化を構築することである。
本年度は訓練システムの基盤となる、腹腔鏡下胆道・膵消化管再建術専用の画像支援機構内蔵型指導・訓練用シミュレーターの開発に取り組んだ。体腔を想定したシミュレター用ボックスは、これまで当科にて独自開発した構造である透明アクリル製の多孔処理を施した天蓋で覆い、高感度CCDカメラと15インチモニターディスプレーを取り付けた。臓器のセットは膵胃吻合術を想定した膵および胃のセット、胆管空腸吻合術を想定した胆管および小腸の2パターンを設定し、各々の臓器セットをシミュレータ内に装着した。同様の構造を持つシミュレーターを2機作成しし、両者のCCDカメラから送られた画像信号を画像合成ユニット装置（AVF-1002M）へ入力した。各々のカメラ映像は同装置を介して一つの画面に合成したうえで、それぞれのシミュレーターモニターへ出力した。両シミュレータのカメラより送られた映像は画像合成ユニット内で合成され、一つのモニター内に重複した映像として描出される。どちらの映像をより強く描出するかは、画像合成装置で任意に合成の比率を調整することが可能であり、操作内容によって最適な条件設定を検索した。
これまでに作成された、双方向性の合成画像を有するトレーニング用シミュレータのプラットフォームは、手術操作の指導や学習の効率化を検証するのみ極めて有用なシステムになりうると考えられる。本装置をさらに改良し、合成画像の最適な条件などを検討することでシステム自体の完成度を高めていく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シミュレーターには透明アクリル製天蓋と画像システムに高感度CCDカメラを使用し、これによりあらゆる方向からの鉗子挿入および、カメラの設定が可能となった。
シミュレータ内に装着する臓器モデルは、３D プリンタを用いたオリジナルの臓器モデル作成を検討したが、細い管腔などの再現が困難であり、操作に耐えうる適した素材を確保できなかったため、市販製品として入手可能なBIOTEKTURE臓器モデル（ファソテック社製）を流用した。これにより、再建モデルの基盤となる構造は確保できた。臓器モデルは、より生体に近似した形状が望まれることから、引き続き有用な素材を用いたモデルの作成を進める予定である。
画像合成ユニットは映像信号技術関連機器を設計・開発する企業に依頼し、本システムに必要な画像合成装置を作成することができた。処理画像の質は良好であり、解像度も問題ないと考えられた。一方で、同様の臓器モデルを使用しているため双方のシミュレーターの臓器を判別しにくいという問題もみられ、臓器モデルや使用する鉗子の配色を双方で変更するなどの工夫が必要であると思われた。
独自の双方向トレーニングシミュレーターのプラットフォーム作りは順調に進捗しているが、臓器モデルの精度や画像処理の設定方法などにさらなる工夫が必要であると思われた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、2機のトレーニングシミュレーター内の映像を合成する技術をもとにして、各々のモニター内で双方向性の合成映像を共有できるシステムを持つシミュレーターのプロトタイプを作成することができた。今後は以下の点について進めていく。
①トレーニングシミュレーターの完成度の向上：実際の縫合操作が生体に近い環境で行えるよう、生体構造により近似した臓器モデルの導入や、指導・学習に適した合成映像の作成に工夫を加え、シミュレーターの完成度を高めていく。オリジナルの臓器モデル作成が困難な場合は、ファソテック社の既成製品を基に改良を加える。
②本シミュレーターを用いた教育・訓練プログラムの開発：腹腔鏡下の操作による吻合手技に対して本装置を使用して再現しマニュアル化すると同時に、トレーニング用のプログラムを作成する。胆道消化管吻合マニュアルおよび膵消化管吻合マニュアルによる手技の定型化を行い、学生ボランティア等による実行性の評価を行う。指導を受ける被験者を設定し、作成したプログラムによる教育効果が、画像合成ユニットを用いた双方向性シミュレーターの介入の有無によって、訓練効果の違いがみられるかどうかを検証する。
③遠隔システムの導入実験：2台のカメラからの合成画像を無線による送受信システムで利用可能かどうかの予備実験を行う。鉗子操作映像の解像度や送受信に伴う時間差などの影響がみられないか検証する。
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Pancreaticogastrostomy after Pancreaticoduodenectomy Using Twin Square Wrapping with Duct-to-Mucosa Anastomosis.2015
Author(s)
２．Maemura K, Mataki Y, Kurahara H, Mori S, Higo N, Sakoda M, Iino S, Nakajo A, Ishigami S, Ueno S, Takao S, Shinchi H, Natsugoe S.
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Journal Title
Eur Surg Res
Volume: 55
Pages: 109-118
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] The utility of vessel tracking technique using Doppler ultrasonography for laparoscopic surgery in biliary tract and pancreas.2016
Author(s)
Maemura K, Mataki Y, Kurahara H, Y. Kawasaki, K. Minami, Mori S, Sakoda M, Iino S, Ueno S, Takao S, Shinchi H, Natsugoe S
Organizer
Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons
Place of Presentation
Boston, USA
Year and Date
2016-03-17 – 2016-03-18
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