2016 Fiscal Year Research-status Report
点群モデルに基づく簡易非線形解析を用いた新バーチャル医療触診訓練教育装置の開発
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15K01052
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| Research Institution | Fukuoka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
利光 和彦 福岡工業大学, 情報工学部, 教授 (10180150)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | Palpation training / Mesh free method / Medical simulator / MPS / Force sensation / Virtual reality |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，昨年度の成果から，患部モデル形状やしこりの患部硬さを容易に再現できかつ大変形解析が可能な新しい解析法である粒子法（MPS）法を解析に用いることとし，解析精度およびシステムへの適用性を中心として以下について研究を行った．
【点群モデル化の応用】粒子法に用いることができる頭頸部リンパ節癌を対象とした部分的患部直方体計算モデル（4cm×4cm×2cm，で材料は生体脂肪，中心に直径10mmの球体しこりがあり天然ゴムの硬さ）を製作した．
【非線形解析】１．新しく粒子法解析プログラムを作成し，生体材料（脂肪）の直方体モデルによる引張と曲げ，半球モデルによる重力変形解析を行った．さらに，有限要素汎用解析ソフトでの解析と比較し，粒子法解析が正しく解析出来ていることを確認した．２．前述の直方体モデルを粒子法で解析し，しこりのない健康な場合（一様剛性モデル）としこりがある患部モデル（非一様剛性モデル）の場合とで，触診時の圧力差を定量的に明らかにした．
【力覚システム】作成した粒子法解析FORTANプログラムをCプログラム変換し， VR触診訓練システムを構築した．このシステムの作動状態を検証した結果，結果の表示制限速度である1／30秒以下を満たすためには，直方体モデル（4cm×4cm×2cm：粒子数約5000）では，計算時間が長すぎることが分かり，局所的な解析モデル（粒子数約500）を導入して計算時間の短縮を試みた．計算精度を保ちながら2桁の計算時間短縮を実現できた．しかし，リアルタイム表示にはまだ計算時間が長いため，さらなる計算時間短縮の方法を検討している．医師の意見を聞くことについては，生体ジェルを用いた直方体モデルを製作し，連携研究者である九州大学歯学部・岡村和俊先生と共に，超音波エレストグラフィーによる剛性値の測定および実際の触診との差異を検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
粒子法の解析安定限界から計算時間が問題となって，触診システム作動で若干の遅延が生じている．
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| Strategy for Future Research Activity |
下記のような方策で進める。
１. 【点群モデル化の応用】頭頸部リンパ節部に特化して，画像処理理論を応用し，内部に骨のあるより実際の点群計算モデルを作成する．
２. 【非線形解析】生体の解析プログラム（減衰効果無し）は解析可能となった．より生体モデルに近い解析として，減衰効果を導入して，解析を安定化させる．さらに，触診点近傍の局所解析領域の合理的な設定方式を検討し，精度検証および解析速度のさらなる向上を計る．
３．【力覚システム】システムのリアルタイム作動が最も困難な状況で有り，これについては触診時の状態（ゆっくりと静かに触ること）を考慮し，触診訓練が可能なシステム動作で1／30秒の制限を緩和する．さらに，医師または医学生の感想によるしこりの表現を実現する触診感覚に重点を置きシステムを構築する．
４．得られた成果を，日本コンピュータ外科学会などで発表する
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| Causes of Carryover |
経費節減による消耗品の残金12620円である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の研究に必要な消耗品の購入に充当する．
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[Presentation] Improvement of Mesh Free Deforming Analysis for Maxillofacial Palpation on a Virtual Training System2016
Author(s)
Kenji Yoshitomi, Tatsushi Tokuyasu, Kazuhiko Toshimitsu, Takaaki Nakayama, Kazutoshi Okamura and Kazunori Yoshiura
Organizer
Proceedings of the Ninth International Workshop on Frontiers in Complex, Intelligent and Software Intensive Systems (FCISIS-2016), FCISIS-S1-3, July 6-8, 2016, Fukuoka, Japan
Place of Presentation
福岡市，福岡工業大学
Year and Date
2016-07-06 – 2016-07-08
Int'l Joint Research
