2019 Fiscal Year Research-status Report
Estimation method of three-dimensional position of guidewire and quantitative index to determine adequate guidewire-operation
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19K12843
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
森 浩二 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40346573)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 血管内治療 / ３次元位置推定 / X線画像 / 応答性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，血管内治療中のX線画像から，ガイドワイヤーなどの血管内治療用デバイスの3次元位置を推定する方法を提案し，これに関して，以下の２つの目的を掲げている．①この位置推定法の精度や，精度を支配する要因を明らかにする．②血管内での適切なデバイス操作（押す/引く，右/左回転）を判断するための指標を開発する．
前者については，位置推定に必須のX線画像に映った血管の投影像に対して，あらかじめ取得した３次元の血管モデルを位置合わせする2D/3Dレジストレーションという手法を実現した．これによって，この2D/3Dレジストレーションにおける血管モデルの位置ズレと，ガイドワイヤーなどの血管内治療用デバイスの3次元位置推定の精度の関係を調べることが可能になった．約0.3-0.5 mm程度のズレが生じることが分かった．これはガイドワイヤーの直径分に相当する．
後者については，数値計算において，血管モデル中にガイドワイヤーを挿入することによって調べた．ガイドワイヤーに押す/回転の操作を加えて，ガイドワイヤー先端の動きと，与えた操作の関係を調べた．押す操作については曲率半径が8 mm以下の場合は，血管損傷が予想される力が血管壁に加わることが分かった．
これ以外に，次年度以降に実施する予定の実験装置の作製を行っている．ガイドワイヤーを挿入する挿入装置の作製を行った．これによって，実験でもデバイスの画像取得から３次元位置推定ができる環境を構築しつつある．
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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
2019年度は，実験系の構築（X線画像撮影と等価な実験系の構築）と，認知技術の開発（デバイスの3次元位置推定技術の精度評価と，デバイス変形様式に関する研究）の一部を行う予定であった．実験系の構築に関しては，基本的なシステム（X線画像撮影と等価な実験系）を，構築するのに必要な様々な部品などを作製して，予定通りに実現することができた．
認知技術の開発については，数値計算で求められたデバイス挙動や，実験で得たデバイス位置を正解値として，提案技術に関する推定誤差を検証するという目的を掲げていた．それを実行して，研究発表を行うことができた．この際に，当初の計画では，この推定手法の前処理段階に当たる2D/3Dレジストレーションと呼ばれる技術（２次元の画像に対して３次元血管モデルの３次元位置を推定する技術）は理想的に実現されているという仮定をおいていた．しかし，これを実現する自作ソフトウェアを作成することによって，この2D/3Dレジストレーションによる３次元血管モデル位置合わせの誤差と，提案するデバイス位置の推定精度の関係について調べることが出来るようになった．この研究を通じて，2D/3Dレジストレーションも，提案する位置推定手法に影響をおよぼしていること，位置推定手法の精度向上に，2D/3Dレジストレーションが貢献できる部分があることを明らかにすることができた．これらのことから，おおむね順調に進展しているという判断が適切であると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は，おおむね順調に進展していると判断している．2020年度は，認知技術の開発と判断技術の開発を並行して行う計画になっている．しかし初年度の研究の結果から，一部で，当初想定しなかった課題が生まれている．
その一つが，回転操作に対するガイドワイヤーの挙動である．血管内で複雑な挙動を示すことが分かったので，手元で与える回転操作と，ガイドワイヤー先端での挙動の関係（応答性）を整理することに困難が生じている．そのため，2020年度で取り組む予定である判断技術の開発に必要な指標の開発に問題が生じる可能性がある．これについては，ガイドワイヤー単体での回転操作に関する，より基礎的な挙動を調べる研究を立ち上げる予定である．この基礎的な研究を通じて得た知見と合わせて，手元で与える回転操作と，ガイドワイヤー先端の挙動の応答性を解明していき，判断技術の開発につなげていく．
２つ目が，ガイドワイヤーとカテーテルの連携である．当初の計画では，ガイドワイヤー単体での研究を想定していたが，研究協力者らのアドバイスにより，両者を連携させた状態での判断技術の開発を目指すことになった．こちらの方が，より臨床の状況に近いためである．この変更に対応するために挿入装置を追加で１台作製する．さらに２つの挿入装置を連動させてコントロールできるコントローラーも開発する予定である．ガイドワイヤーとカテーテルの両方を位置推定できることを確認したのちに，両者を連携させたときの挙動に関する研究を行っていく．この研究を通じて，判断技術の開発で目指している適切なデバイス操作を判断するための指標の提案を行う．
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| Causes of Carryover |
別テーマで他の助成金に採択された．この別テーマと本研究課題は，2019年度で作製する予定であった実験装置の一部を共用できることが分かったことから，本研究課題における使用額が，当初の見込みよりも小さくなった．その代わり2020年度において，当初の計画にはなかったガイドワイヤーとカテーテルの連動という，より臨床での状況に近い実験を計画している．この連動させる装置を作製するために，この次年度使用額を割り当てる予定である．
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