Development of technique for three-dimensional panorama observation of digestive tract with an endoscopy which mounted a compound eye system.

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K08003
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 渡部 健二 大阪大学, 医学部附属病院, 准教授 (50379244)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 憲嗣 大阪大学, 医学系研究科, 特任教授 (70364114) ; 飯島 英樹 大阪大学, 医学系研究科, 准教授 (90444520)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 消化器複眼内視鏡 / 三次元パノラマ / ステレオマッチング / フレームマッチング

Outline of Annual Research Achievements

我々は複眼内視鏡における三次元パノラマ観測技術を確立しようとしている。本研究はその概念実証であり、三次元パノラマの技術的基盤の確立が本研究の目標となる。
１）研究環境の整備：　ワークステーションを新規で購入した。内視鏡画像を取り込み、解析するための環境整備を行った。
２）シミュレーションモデルでの検討：　最初に、食道などの消化管内腔をシミュレートする簡易モデルとして円柱の形状である注射筒を扱った。大きさの計測可能な消化管病変として正方形の模様を紙に印刷して注射筒の内側に張り付けた。複眼内視鏡を注射筒の内腔に挿入して、注射筒の奥の方に移動させながら連続して画像を取得した。前後の時間のフレームを比較することで（フレームマッチング）内視鏡の移動量を推定した。フレームマッチングによる移動量の推定は我々が初めて扱う技術であり、本研究の重要な技術的課題の一つである。今回の実験の結果、移動量推定の精度は80mmの移動量に対して誤差2mm以下であった。
フレーム毎に三次元構造を再構築し（ステレオマッチング）、内視鏡の推定移動量に基づき前後のフレームの三次元構造を重ね合わせて注射筒全体の三次元構造を取得した（三次元パノラマ）。三次元パノラマの精度は、消化管病変のモデルである正方形の大きさを計測することで検証中である。
３）次の実験のための準備：　生体ex vivoモデルとして生体材料を対象とした予備的実験を開始したが、ステレオマッチングの精度が不良である。３Ｄカラープリターにより複雑なシミュレーションモデルの作成を試みている。内視鏡の光源となる光ファイバーが破損断線した。新たな光源の確保を検討中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

簡易なシミュレーションモデルが対象ではあったが、三次元パノラマ作成に必要とされる全ステップを実際に遂行することが出来た。そして、本研究の重要な技術的課題の一つであるフレームマッチングによる移動量推定は解決した。
一方、当初の予想通りではあるが、生体材料を対象としたステレオマッチングの精度は不良であった。そして、光ファイバー断線による内視鏡の光源喪失は想定外の経過であり、今後の実験遂行に与えるダメージは大きい。

Strategy for Future Research Activity

１）シミュレーションモデルでの検討：　注射筒を用いた簡易モデルの解析を続ける。すなわち、三次元パノラマの精度を検証する。次の段階として３Ｄカラープリターで複雑なモデルを作成し、複眼内視鏡による三次元パノラマ作成を行う。
２）生体ex vivoモデルでの検討：　生体材料を対象とした複眼内視鏡による三次元パノラマ作成を行う。
３）ステレオマッチングの精度向上：　マッチングにおけるパラメータを調整することで精度向上を目指す。
４）複眼内視鏡の光源確保：　光ファイバー以外の方法による光源確保を検討する。しかし、光ファイバーと同等の性能が得られない場合、今後の研究計画の変更を余儀なくされる。

Causes of Carryover

初年度であり、ワークステーションで試行錯誤のデータ解析が多く、実際の実験は想定よりも少なかった。今後、実験が増えれば消耗品も相応に増え、研究費の使用額が増える見込みである。