2021 Fiscal Year Annual Research Report
実時間動力学シミュレーションと複合現実を用いた手術支援システム
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18H04102
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
近野 敦 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (90250688)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
七戸 俊明 北海道大学, 医学研究院, 准教授 (70374353)
安孫子 聡子 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40560660)
辻田 哲平 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (40554473)
陳 暁帥 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (40812277)
佐瀬 一弥 東北学院大学, 工学部, 准教授 (20805220)
小水内 俊介 北海道大学, 情報科学研究院, 助教 (40708004)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 手術支援 / 手術シミュレーション / 技量評価 / 拡張現実 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，腹腔鏡手術中のヒューマンエラーを未然に防ぎ，安全性を高めつつ手術を容易にする手術支援システムを開発することを目的とする．研究開発項目を大きく，1手術支援システムの開発，2アニマル実験での手術支援システムの評価，に分け，小課題として，1-1手術手技の定量的評価法の確立，1-2医用画像からの臓器モデル自動生成法の確立，1-3臓器変形・発生応力実時間推定，1-4臓器プロジェクションマッピング，2-1アニマル実験での手術手技の記録と解析，2-2臓器変形，発生応力実時間推定の実験・評価，2-3手術支援システムの評価・検証，を設けた．
最終年度となる2021年度は，これまで開発してきた手術支援システムの評価・検証を行った．
臓器と手術器具の接触による変形予測の精度検証については，人肌に近い特性を持つ超軟質ウレタン樹脂で作成した立方体に対して，腹腔鏡手術器具である把持鉗子の先端で強制変位を与えその変形量をRGB-Dカメラで測定し，動的有限要素モデルによる変形量と比較した．最大30mmの強制変位を立方体表面の一部に与えたときの表面平均誤差は0.9mm，最大誤差は2.5mmとなり，最大誤差は8%程度で，精度良くシミュレーションが行えることを確認した．重畳表示精度も同様に，超軟質ウレタン樹脂で作成した立方体に対して強制変位を与え，動的有限要素モデルによる変形を実物の立方体にプロジェクションマッピングし，その精度を検証した．
手術手技定量的評価制度の検証では，被験者が行う模擬手術の技量を熟練者が評価し5～25点の点数をつけ，模擬手術中での手術器具の動作特徴量を入力，熟練者の5～25点の評価を教師信号とし機械学習を行った．その結果，模擬手術中の手術器具の動作からその技量を絶対誤差平均2.2点で自動判定することができた．
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Objective Evaluation of Laparoscopic Surgical Skills in Wet-lab Training Based on Motion Analysis and Machine Learning2022
Author(s)
Koki Ebina, Takashige Abe, Kiyohiko Hotta, Madoka Higuchi, Jun Furumido, Naoya Iwahara, Masafumi Kon, Kou Miyaji, Sayaka Shibuya, Yan Limbo, Shunsuke Komizunai, Yo Kurashima, Hiroshi Kikuchi, Ryuji Matsumoto, Takahiro Osawa, Sachiyo Murai, Teppei Tsujita, Kazuya Sase, Xiaoshuai Chen, Atsushi Konno, Nobuo Shinohara
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Journal Title
Langenbeck's Archives of Surgery
Volume: －
Pages: －
DOI
Peer Reviewed
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