2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of maxillofacial palpation training system using simplified mesh free method with a spring element
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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 | Virtual reality / Palpation training / Mesh free method / Medical simulator / Particle method / MPS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，昨年度に製作した患部直方体モデル（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）に対して，粒子法（MPS）を適用して，生体軟組織の変形計算を行った．なお，このモデルは連携研究者である歯科医が実際に触って「頭頸部リンパ節病変として考えられる妥当な硬さである」との感想を得ている．モデルを厚肉弾性体の支配方程式に基づき定式化し，粒子法の解析精度の検証を行った．解析条件は，2種類のモデル（「しこりがある場合」と「しこりがない場合」）に対して，触診面は直径1cmの円，触診圧力を2種類（線形変形200Paと非線形変形300Pa）で押すこととした．比較検討を行う解析は，汎用ソフトウエアSolidWorks Simulationの有限要素法（FEM）により行った．粒子法の粒子間距離は2mm，総粒子数5292である．なお，有限要素法の要素分割数は粒子法の粒子数の約10倍である．粒子法および有限要素法による線形および非線形計算の結果の比較から以下の結果を得た．
(1)変形量は線形，非線形（大変形），しこりあり・なしの全てのケースで定性的にほぼ一致する．
(2)モデル中央（しこり直上部）での触診による患部触診面の変形は，触診圧力200Pa（線形変形範囲），「しこりあり」でMPSとFEMは一致するが，「しこりなし」ではMPSは1.6mmでFEMは1.3mmで約20%小さい．一方，触診圧力300Pa（非線形変形範囲）で，「しこりあり」より「しこりなし」の方が差は小さい．その差は，200Paの場合より大きくなる．
(3)応力分布については，触診面の反力（反応力）が定性的に異なる．原因は明確ではないが，粒子法が影響関数によって内部応力の影響範囲を限定しているために生じていることが原因と考えられるため，計算手法の何らかの改良が必要であると考えられる．
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