2019 Fiscal Year Annual Research Report
Advancement of Numerical Simulation of Deformed Human Abdominal Organs for Computer Aided Surgery
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16H03914
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
山田 貴博 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (40240022)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松井 和己 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (00377110)
槙山 和秀 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (40347307)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / 手術支援 / 力学モデル / 人腹腔 / 生体物性計測 / 計算力学 / 有限要素法 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は，より安全な手術の施行に資するものとして，腹腔鏡下・ロボット補助下の手術における患者個別シミュレーション・ナビゲーションシステムの開発を目指し，その基盤となる臨床応用可能な高精度かつ高速な腹腔内組織全体の力学シミュレーション技術を開発することである.
令和元年度の研究においては，平成30年度から取り組んでいる膜組織の幾何学モデルの生成手法の開発を行った．開発した手法では，位相が変化しないフェーズフィールド方程式を用い，解剖学的知見により位相的な幾何構造を再現した標準モデルを初期値とし，発展方程式を解く．このとき，患者固有モデルにおける臓器の位置を用いて方程式のソース項を生成することで，臓器のみで構成される患者固有モデルに膜組織の幾何学情報を追加することが可能となった．
臓器の生体内における力学的特性に近い摘出直後の臓器の物性値を計測するための実験装置と３次元計測方法を平成28，29年度に開発し，その後も載荷装置の剛性や計測機器の精度等を改善するための改良を行ってきた．さらに平成30年度は実験装置の妥当性確認を行うための模擬臓器製作の手順と用いる材料の多軸試験による物性同定の手法を開発した．令和元年度は実験装置および物性同定手法の妥当性確認を行うための模擬臓器製作用の材料の選定と多軸試験による物性同定を実施した．
手術支援を目指した高速な計算アルゴリズムとして，有限要素法による手術シミュレーションに対して，機械学習による力学挙動のメタモデルを生成し，実時間実行においては学習済みニューラルネットワークを用いる手法を平成30年度より開発し，線形問題における基礎的な検討を実施してきた．令和元年度は３次元の大変形問題に適用し，基本的な問題における有効性を示す結果を得た．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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