2019 Fiscal Year Annual Research Report
生体構造に適した、実空間に表示可能な四次元画像表示装置の開発とその臨床応用
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17H00857
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| Research Institution | Jikei University School of Medicine |
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Principal Investigator |
鈴木 直樹 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (40147327)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 麻木 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (90312024)
宮脇 剛司 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (70246445)
花房 昭彦 芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (10547839)
橋爪 誠 九州大学, 先端医療イノベーションセンター, 名誉教授 (90198664)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 四次元画像表示装置 / 四次元データ / 手術ナビゲーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
空間表示画像の表示領域としての円柱上の画像表示空間用ミストの流れを発生させる装置におけるミスト濃度の安定化、8機の小型プロジェクタ群の照射機能の能力向上を図り、最終的な空間表示画像の空間解像度と時間解像度を向上させる努力を行った。
この装置を用いて体内構造を特に臨床で多く用いられるVolume rendering法で表示された画像に対し、解剖学的構造並びに病巣部位の表示機能を上げるべく、MRI,X線CTによる計測データの前処理のためのソフトウエアの構築と開発した表示手法を現場で効率よく使用できるようにするためのユーザビリティの向上を図った。
なおこの開発装置による症例の検討については、腹部外科領域では肝臓領域の腫瘍の位置とその内部構造、ならびに周辺血管との3次元的位置関係の認識の容易さを検証することができた。形成外科領域では手の開閉運動に伴う手関節各部の関節の動きとこれを駆動する腱の相互的動作状況の4次元的位置関係の認識の容易さを検証することができた。
開発技術のもたらす工学的成果と臨床応用範囲が明らかとなってきたので、特許事務所に依頼して本表示手法と装置構成の特許申請を行った。また特許法第30条「新規性喪失の例外規定」に基づく措置を行って、2019年11月、東京で開催された日本コンピュータ外科学会大会において4次元表示装置の原理と研究状況に関して「人体の4次元現象の空間表示装置の開発」というタイトルにて発表を行った。
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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
研究実績にも記述したごとく、装置各部の機能拡張、すなわち円柱上ミストの濃度の空間的、時間的安定化、同心円上に配置したプロジェクタ群の照射機能の能力向上を図り、最終的な空間表示画像の空間解像度と時間解像度を向上させることができた。
また臨床系の研究分担者からの強い要望により、体内構造をVolume rendering法で表示した画像においても高い空間分解能、時間分解能を得るべく、計測データの前処理のためのソフトウエアの構築と、開発した表示手法を現場で効率よく使用できるようにするためのユーザビリティの向上を行うことができた。
この開発装置による症例の検討を腹部外科領域、形成外科における臨床データを素材として実施した。さらに装置本体をハイテクナビゲーション手術実験室に仮設置し、手術場での環境における4次元表示像の認識性等、装置の安定性を評価することができた。
研究開始より3年目にして、本手法により時間変化を示す立体像Z方向に連続した断層データ群を逆投影して3次元画像化することに類似した状況を実空間内に物理的に発生して可視化させることができ、かつこれを時間軸方向に自由な立体像とすることにより4次元画像表示を可能とすることができたと言える。
よって研究の進捗状況はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
改良型の開発装置により空間分解能の研究を行なってきた結果、空間表示用プロジェクション画像の数を現在の8機からさらに増加させることにより、より表示画像の高空間分解能化を実施できることがわかった。またプロジェクション数の増加は表示画像自体の明度とコントラストを上げることにもなり、Volume rendering法による表示における体内構造の体表面からの視点での観察における判別率を向上させることが予想された。
しかしながらこれまでに開発した表示装置の構造では現在以上のプロジェクション数を確保することが困難であることがわかった。そこで今年度は4次元表示装置自体の基本構造を変えることにより、これを実現させることに努力するものとした。プロジェクション数としては180度の同心円範囲に対して現在の8プロジェクションを60プロジェクションとするシステムを目指すものとした。またプロジェクタの構造としては従来のLEDタイプから小型レーザープロジェクタに変更し、１機のプロジェクタに対して１機のスティック型コンピュータを接続してアッセンブリを構成し、このアッセンブリを同心円上に配置する形式の表示装置の開発を行うものとする。
なお今年度新たに迎えた坂井教授（早稲田大学）、西教授（東京大学）らとともに表現工学の観点から空間表示画像の時空間上での解像度向上、空間表示機能の安定性の向上を目指す。
また腹部外科、形成外科領域での臨床データの空間表示機能の検討に関して、それぞれの臨床分野に最適な患者データの前処理、表示画像上のエンハンスメント処理内容を決定していく。
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