2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of laparoscopic training device with individualized movable module equipment and assembly of training system.
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19K03085
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
前村 公成 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 客員研究員 (30398292)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
盛 真一郎 鹿児島大学, 医歯学域鹿児島大学病院, 助教 (00620519)
又木 雄弘 鹿児島大学, 鹿児島大学病院, 特任講師 (10444902)
田上 聖徳 鹿児島大学, 鹿児島大学病院, 特任助教 (50721031)
新地 洋之 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (60284874)
夏越 祥次 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (70237577)
蔵原 弘 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (70464469)
川崎 洋太 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 助教 (90770420)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 内視鏡外科 / トレーニングシステム / 消化管再建 / ホログラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究の目的は胆道・膵に対する臓器切除後の再建手技における患者個別対応型の新規腹腔鏡手術訓練装置の開発と、同装置を利用して独自の統合的な手術訓練評価プログラムを確立することである。
本年度は次の3項目を中心に研究・開発に取り組んだ。１）３D臓器画像ホログラフィー構築のシステム化：患者個別対応型訓練プログラムの基盤となる個々の患者画像データからの高精度３Dホログラム作成の迅速化を目的に、当施設の画像診断部のマザーコンピューターとオンラインで接続している端末を用いて、膵胆道系に特化した高精度の画像抽出マニュアルの作成並びに客観的評価法のプラグラム作成に取り組んだ。意義：個別患者に対応した画像データが迅速に訓練用シュミレーターに反映される。２）疑似臓器モデル腹腔鏡手術シュミレーターのモジュール化と臓器ホログラムの重畳表示化テスト：対象患者より抽出した腸管、胆管、脈管および膵の位置情報を３Dホログラム化し、疑似臓器モデルによる臓器切除後の仮想術後モデルの作成を試みた。臓器切離後の３D臓器シュミレーションならびに位置情報の計測に、Virtual reality（VR）型ゴーグルを用いて仮想現実空間内での３D計測法の構築を行った。再建臓器の位置確認を実際のシュミレーター内で透過型ホログラフィックコンピューターでの検証を行い、臓器配置位置や設置方法などの条件設定を探索した。意義：臨床の条件に即した訓練シュミレーターの構築に寄与する。3）ホログラフィーガイドによる手術基本手技ガイダンスの開発：ホログラフィックコンピュータを用いた臓器再建吻合用のシュミレーターと複合現実によるホログラムの重畳画像を元に、実臨床に即した内視鏡用持針器や鉗子の挿入位置の検証を行った。様々な吻合手技を対象に操作性を最適化させる鉗子位置の条件探索を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で開発を進めているカセット型の可動モジュール式疑似臓器モデルの制作を進めている。疑似臓器モデルは複数のシリコン製臓器製品を組み合わせて各パーツの製作は達成しているが、モジュール内への設置方法や、可動式構造の設計および制作が遅延している。臓器設置の台座など、立体構造物の制作には３Dプリンターの導入なども検討を行う必要があると考えている。独自の双方向性画像合成装置を用いた2台の訓練装置の画像リンクは成功している。
切除後臓器の形状および吻合臓器の断端位置などを実測値として検証する上で、VR型ゴーグルを導入することでより計測が容易になり得るという知見を得た。CT画像情報から３D画像を構築する歳の立体情報の精度が重要であり、画像構築における情報ならびに作業の共有は確立した。
運動解析による手術手技熟練度評価システムの基盤となる3次元位置データの運動解析モジュールの製作が遅延している。カセット型モジュール式訓練用シュミレーターの開発遅延に伴い、計画したモーションキャプチャーシステムの実装が進んでいない。我々がこれまでに開発した旧来型のシュミレーターを用いて、腹腔鏡下の縫合手技などの基本的な腹腔鏡手術用鉗子の運動解析を行い、訓練プログラムの作成を進める方針とする。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに構築した機器のシステムの完成ならびに腹腔鏡下手術手技操作の難易度評価と訓練プログラムの構築を目指して、以下の3項目について研究を進めていく。
１）カセット型可動モジュール式疑似臓器モデル腹腔鏡手術シミュレータ装置の開発を引き続き行い、試作器の精度向上を推進する。臓器を配置する台座となるカセットトレーと可動式プレートの製作が想定通りに機能していない。可動部分の仕組みをより単純化できるように造形の設計を見直し、臓器モデル設置が簡便になる構造を目指す。試作器を用いたホログラムと臓器モデルの重畳化による視覚的同期の誤差の計測データの集積を進め、訓練シミュレーターの生体構造の再現性を引き続き検証する。
２）運動解析による手術手技熟練度評価システムに必要な運動解析技術の確立を推進する。現時点で鉗子操作のリアルタイムモーションキャプチャー技術が完成していない。システム機器の選択について、目的とする運動解析の精度を確保するのに適切な機材を用いる。現在モーションキャプチャーに必要なカメラ台数は3～6台を想定しており、NOBBY TECH社のシステムでは0.2ｍｍの精度での記録が可能であり、これを用いた有効な設定条件を探索する。動作解析のために熟練者と初心者に分けたサンプル動作記録を同時に進めていく方針とする。
３）双方向性画像合成ユニットを搭載した指導用シミュレーターセットを用いた、訓練プログラムの項目を具体化させる。難易度の異なる複数のタスクを設定し、訓練指導の成果と有用性を検証し、システム上の問題点と改良点を明らかにさせる。
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