2018 Fiscal Year Research-status Report
粒子法によるバーチャルリアリティ医療触診訓練システムの開発
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18K02923
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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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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 触診訓練システム / 力覚センサー / 生体変形 / 粒子法 / 医療シミュレータ / 仮想現実 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究目的である「VR触診システムの開発」において，平成30年度は，1.計算法として粒子法を使用し，その適用条件を検討すること，２．従来システムにおいて問題であった「さわる触診感覚が得にくかったペン型力覚インターフェース（PHANToM Omin）」を触診感覚が得られるインターフェースに変更する．
その成果は以下の通りである．
１．数値計算法として粒子法（MPS法)を採用し，かつ本研究の特徴である「触診位置を中心とした部分領域のみを解析する」ための適用条件を基本的なモデル形状で検討した．局所計算領域は半球形状とし，その中央部上面から内側10mm部分に直径10mmのしこりがあるモデルにおいて，半球計算領域の大きさ（直径35, 40, 45, 50mm）と触診圧力（線形変形範囲200Pa，非線形変形300Pa）を変化させ，計算領域の大きさと結果の依存性を検討した．その結果，本ケースのような場合，半球の局所計算領域が直径4cm（しこり直径の4倍）程度であればほぼ妥当な解析が行えることがわかった．
２．新たな力覚インターフェースとして，人肌ゲルを用いた直方体の生体モデルを自作し，本研究費で購入した静電容量式圧力センサー（NITTA株式会社I-SCAN）を組込んだ新しい静電容量式力覚インターフェースの試作を行った．センシングの部分は，指で触る形式であり，指でしこりの有無が確認する触診の形態がほぼ模擬できるものである．また，センサーの応答圧力については，触診圧力が大きければ測定可能であるが，触診部変形量が2～3mm程度の場合は触診反力を測定することが難しいことがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は，触診教育訓練システムの基本部分の構築を目的とした．前述の１．２．について研究を行ったが、それぞれについて以下の遅延がある。
１．粒子法（MPS法）の計算において，生体モデルの変位の比較は，他の汎用解析プログラム（FEM）において可能であり，精度検証を行える．しかし，応力に関しては，粒子法では粒子間応力を単純化したモデルで行っているため，FEMとの定量的な比較が行えない．
２．力覚インターフェースとして，人肌ゲルを用いた直方体の生体モデルのおおよその感度は確認できたが，押し込み変位量と検出圧力の間の関係がまだ明らかに出来ていない.
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| Strategy for Future Research Activity |
前述の現在の状況を踏まえ、下記のような方策で進める。
１．現在取り組んでいる粒子法を用いた局所計算領域モデルにおいて，粒子法で計算した変位をFEMで読み込み応力分布を計算し比較するハイブリッド解法を行う．これにより，粒子法での計算結果の妥当性が間接的に検証できる．この検証が済み次第，粒子法を実際の頭頸部モデルに適用し，より現実的（臨床的）な解析を行う．
２．新しい生体力覚センサーにおいて，触診（押下）圧力と変位の関係を実験的に明らかにするため，生体モデル内部に空気圧でしこりを再現し，定量的に押下できる装置を自作し実験を行う．これにより，力覚センサーとしこり硬さの関係が明らかとなる．さらに，実験結果と数値計算結果を比較することで，粒子法を用いた局所計算領域モデル計算の妥当性の検証が可能となる．
以上のように，若干の遅れはあるものの，研究遂行上は特に問題ない．
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| Causes of Carryover |
静電式圧力センサーの価格値引きがあり46.236円残が生じた．この経費は，力覚センサーの人肌ゲル材料費などの消耗品として次年度使用する．
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Research Products
(1 results)
