2021 Fiscal Year Annual Research Report

Simulation system using 3D measurement technology in minimally invasive cardiac surgery

Research Project

Project/Area Number	18K08741
Research Institution	Osaka City University
Principal Investigator	柴田利彦大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (10260803)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高橋洋介大阪市立大学, 大学院医学研究科, 講師 (20464620) 村上貴志大阪市立大学, 大学院医学研究科, 登録医 (30747978) [Withdrawn]
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	3D計測 / 低侵襲心臓手術 / 拡張現実 / サイジング / 僧帽弁
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ミュレーションシステムの開発を研究テーマとしている。我々は３D内視鏡を用いた小切開低侵襲心臓手術を開始しその後ロボット心臓手術に至っている。どちらの手術においても３D画像が得られるため、３D画像データを用いた三角測定法を応用し術中３D計測を行うことを考えた。心臓手術において術中３D画像を用いた計測技術をシミュレーションに応用した報告はない。初年度に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ることが予想されたため臨床で許容される誤差範囲（0.5mm以下の誤差）をクリアするための方法を検討した。次に、複眼カメラシステムを用いた３D計測に必要な測定部位の定点認識を技術を検証した。白色LADを光源として用い複眼ガメラTMB-02をステレオカメラとして撮影した。摘出したブタ心臓僧帽弁輪上の３基準点に通常手術で用いるメチレンブルー色素を塗布した。この基準点を認識させるため450nm, 540nm, 700nmの分光反射率を用いて特徴抽出を行い3つの基準点を認識させた。複眼カメラの視差を利用して、基準点間の距離をはかり、その長さに相当する大きさの人工弁輪をAR(augmented reality:拡張現実）表示させてブタ心臓画面上にスーパーインポーズさせた。このAR表示は実際に計ったリングを置いたものとほぼ一致しており、本システムが臨床応用へのむけての可能性を示唆できた。この方法を応用し、ブタ心臓で僧帽弁輪をピオクタニン色素でなぞり実際の面積を測定することへの応用を行った。長さという指標ではなく、合致する面積から人工弁輪のサイジングができる可能性がでてき、その成果を学会発表予定である。また、今後は通常の手術光源での得られたロボット手術での術中３D画像で同様のことが可能かを実証したい。