2018 Fiscal Year Research-status Report
脳神経外科手術への応用を目指した新規ＡＲ型３次元画像診断法の開発
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16K10802
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| Research Institution | Osaka Medical College |
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Principal Investigator |
田村 陽史 大阪医科大学, 医学部, 非常勤講師 (90247859)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川端 信司 大阪医科大学, 医学部, 准教授 (20340549)
平松 亮 大阪医科大学, 医学部, 講師 (40609707)
古瀬 元雅 大阪医科大学, 医学部, 准教授 (70340560)
池田 直廉 大阪医科大学, 医学部, 講師 (50434775)
板宮 朋基 愛知工科大学, 工学部, 教授(移行) (60583896)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 神経画像診断学 / 脳外科手術機器 / 拡張現実 / ３次元診断画像 / 手術支援 / 画像誘導下診療 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新規ＡＲ型３次元画像診断法を提案し試作・試用を計画した本研究は、おもに３つの課題を進行させ順調に進捗してきた。「3次元AR（拡張現実）画像の観察および卓上モデル・術野への投影と手術支援」として、3次元画像による手術シミュレーションと手術用顕微鏡のリンクに加え、神経内視鏡手術とナビゲーションシステムを組み合わせた術野投影型のAR支援手術の可能性につき試用の段階にある。術前のシミュレーションおよび体位設定に用いることで、卓上モデルへ投影し手術手技習得に関する有用性について検討を行っている。実臨床への可能性を探索し、試作システムはさらなるバージョンアップを行った。本システムは、術野から隠れた解剖学的構造がどのような位置に存在するかを直感的に把握することが可能で、若手術者の教育デバイスとして有用性が確認された。「3次元シミュレーション画像から患者個別実体モデルの作成」として、3Dプリントモデルを継続的に作成し、ARシステム下での観察の有用性を検討したが、ARシステムはこれを上回る可能性を見出している。「AR技術を用いた端末レベルでの3 次元画像の作成と配布・検証」としては、術前シミュレーション画像をもとに作成した3Dモデルデータと、ARマーカーを用いたレジストレーション実現し、任意の方向からの観察を可能としたうえで、解剖学的構造の理解、内部の透過・透視による直感的な操作が可能な手術支援画像の作製を行った。本システムに用いたシースルー・単独起動型のデバイス「ホロレンズ」は非常に有用なデバイスであったが、視野の広さ・扱えるデータサイズ等に実用レベルの障害があった。発表にあった「ホロレンズ２」ではこれら抽出課題全てが解決される見込みとわかり、開発システムを実装し試用すべく、次年度への研究延長とした。
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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
術前の診断時に取得した診療画像（MRI、CT等）から作成した３D画像を手術ナビゲーションにリンクさせ、術野に2次元で投影するナビゲーションシステム標準機能を用いたAR画像の、術者教育のツールとしての有用性を継続的に検討した。本年度は前年度までに新規に開発した、ARシースルーデバイスによる実体モデルへの投影と術前シミュレーションの有用性につき検討を行った。本システムは外科手術手技において重要となる解剖学的構造の3次元的理解に非常に有用であり、実体モデルが正常解剖型の汎用市販品を用いても疾患モデルが再現できるといった大きな利便性を示している。また、前年度より新規にシステム実装を行った内視鏡手術シミュレーションのシースルー表示に関しては、AR型の内視鏡手術を実現した上で、操作性の向上やデバイス上でのプログラム操作を改良し安定的なプログラムを完成させている。今年度の試作システムは通常の観察において有用性が高いことを検証したが、マーカー認識・モデルの簡素化等に大きな工夫・作業を要する為、バージョンアップによる完成を予定することとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
AR型シースルーデバイス「ホロレンズ」を用いた手術支援画像システムの構築をおおむね予定通り行い得たが、研究期間で完成したシステムではいくつかの課題が抽出されている。年度末に発表された「ホロレンズ２」では本研究での抽出課題が解決できる見込みとなり、これを導入する目的もあり研究期間は延長とした。本研究で開発したAR型デバイスは、３Dプリント実体モデルの欠点を補う非常に有用なものとなった。欠点を補うばかりでなく、静的実体モデルでは実現不可能な動的要素を盛り込み改良を加える計画としている。前年度に参入していただいた専門家との連携が本研究に寄与するところは大きく、プログラムの改変から新機能の試作・実装まで、飛躍的なスピードでシステム全体の完成度が向上している。ARシースルーデバイスは、複数台の接続・連携を可能とするが、本機能の実装にはプログラムの完成が必要であり、短期間に改良を継続してきたため次年度に行いたい。引き続きAR画像を用いた手術支援・融合画像誘導下手技の可能性につき検証し本研究計画を完遂する見込みである。
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| Causes of Carryover |
本領域の開発ソフトウェアおよび機器のバージョンアップが目覚ましく、それに対応可能とするため次年度使用額が生じさせる必要があった。これにより本研究の完成度は飛躍的に向上する。現状機器でも研究計画の進捗は順調といえ、延長・バージョンアップ機導入によってよりよいシステムを完成し、研究完了できる見込みである。
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Research Products
(6 results)
