2020 Fiscal Year Research-status Report
小切開弁膜症手術における３D計測技術を応用したシミュレーションシステムの開発
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18K08741
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
柴田 利彦 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (10260803)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 洋介 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 講師 (20464620)
村上 貴志 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 登録医 (30747978) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 低侵襲心臓手術 / 3D画像 / Augmented reality表示 / ロボット支援手術 / 術中計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小切開弁膜症手術における3D計測技術を応用したシュミレーションシステムの開発を研究テーマとしている。3D画像データーによる三角測定法を応用し、術中3D計測を行うことを考えた。まず、3Dカメラ映像から得られた両眼の画像を用いて、測定精度の確認を行った。レンズから被写体までの距離、被写体の角度により測定誤差が生じため、実用可能な角度を検証した。その結果、臨床で許容される誤差範囲（0.5mm以下の誤差）をクリアするためには30°までの角度が望ましいことが判明した。
複眼カメラシステムを用いて3D計測を行うためには、測定すべき部位を定点として認識させることが必要である。そこで、通常手術にマーキングとして用いるメチレンブルーで基準となる場所をマーキングした。複眼カメラTMB-02をステレオカメラとして撮影を行った．光源は白色LEDリングを使用した．計測の指標として色素ピオクタニンをブタ心臓片上の3ヵ所(両交連および後尖弁輪中央)に塗布しreference領域とした．ブタ心臓組織上のメチレンブルー色素を抽出するため、撮影されたステレオカラー画像から推定した450nm，540nm，700nmの分光反射率を用いて特徴抽出を行い認識させた．上記方法によりメチレンブルーのマーカーが抽出できていることが確認できた．各領域の重心位置からマーカー間の二点間距離の推定を行った．この結果に基づき人工弁輪のAR（augmented reality:拡張実現）表示を行いブタ心臓上にスーパーインポーズした画像を作成した．このAR表示は実際に紙のリングを置いたものとほぼ一致しており，本システムにより臨床応用への基礎的な有効性が確認できた(誤差0.9％)。
実際の人工弁輪との比較をし遜色ないことが判明したが、これを臨床応用するにはさらに精度向上が必要である。ロボット手術（ダビンチ）で得られたよりより鮮明な左右別々の画像を用いて測定を試みる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
AR(augmented reality:拡張現実）技術を利用し、内視鏡映像と弁輪形成リングの仮想画像を重畳することにより、手術のサポートをするシステムの構築を行った。複眼カメラTMB-02をステレオカメラとして撮影を行った。光源は白色LEDリングを使用した。被写体として食用ブタ心臓を用いた。計測の指標として手術で用いられる色素ピオクタニンをブタ心臓方上の3カ所に塗布し領域の抽出を行った。なお、分光反射率推定には分光反射率が既知の複数の物質データー（教師データー）が必要となる。この実験においては、あらかじめ狭帯域フィルタとモノクロカメラを用いて別の心臓片を撮影し、ピオクタニン塗布部を含む複数部位の分光反射率の実データを取得し、教師データとして使用した。撮影されたステレオ画像を450nm、540nm、700nmの分光反射率を用いて特徴抽出を行った。マーカーで抽出できていることが確認できた。各領域の重心位置からマーカーを用いて二点間距離の推定を行った。この結果に基づき人工弁輪のAR表示を行いブタ心臓上にスーパーインポーズした画像を作成した。このAR表示は実際に紙のリングを置いたものとほぼ一致しており、提案システムの有効性が確認できた。このシステムの精度向上にむけてのマーカー検出の条件設定の検証を行いつつあるが、コロナ渦にて実施および検証がで不十分である実験もあるため、引き続き研究完了にむけて取り組んでいく。
現在までの進捗状況に関しては、2021年2月に行われた日本心臓血管外科学会総会で発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前述の実験は摘出したブタ心臓を用いての基礎的な評価である。手術支援ロボット（ダビンチ）での手術では、3D撮影された左右別々の映像出力が可能であり、その映像を用いてブタ心臓で行った実験と同様のことが可能であるかを検証していきたい。バーチャル映像による人工弁サイズ決定が行えるかを検証し、また実際に行った手術との相違を探っていき、臨床現場での応用が可能かを検証していきたい。
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| Causes of Carryover |
コロナにより国際、国内学会が延期、中止、ＷＥＢ開催となり学内への立ち入りも制限がかかり予定していた予算が執行できなかった。前年度、色調別フィルターを実験の進行ごとに購入をしており一部、実施出来ていない実験を継続する。
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