2020 Fiscal Year Annual Research Report
高速画像処理ハードウェアを基軸とした振戦抑制技術の確立と顕微鏡下手術支援への展開
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20H04158
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
柴田 裕一郎 長崎大学, 情報データ科学部, 教授 (10336183)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上松 聖典 長崎大学, 病院(医学系), 講師 (30380843)
諸麥 俊司 中央大学, 理工学部, 准教授 (70346930)
北岡 隆 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 教授 (80234235)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 振動抑制 / 画像処理 / マイクロサージャリー / FPGA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動画像から振動情報をリアルタイムに抽出するハードウェアアルゴリズムを検討し、そのFPGA回路の開発を行った。Lucas-Kanade法をベースとしたストリーム型のフィルタ処理アーキテクチャを採用することで、すべての画素のオプティカルフローをリアルタイムに推定し、その統計情報を用いることで振動情報を抽出できることを示した。また、位相遅れのない適応フィルタBMFLC (Band-limited Multi Fourier Linear Combiner) によって、振戦に対応する周波数帯域の情報とそれ以外を分離するメカニズムも合わせてFPGAに実装し、実機による動作確認を行った。これらの成果をIEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences誌で発表した。
振動抽出メカニズムの定量評価のためには、振動の真値が明らかな合成動画等による検証実験が必要である。そこでFPGAとプロセッサが同一チップ上に混載されたFPGA SoCを利用し、プロセッサ上で動作するオペレーティングシステム環境から振動抽出ハードウェアへアクセスするためのメカニズムを開発し実験環境を構築した。
手術器具加振機構については、単純な単方向の加振では振戦と加振の方向の不一致が生じるという課題があった。そこで新たに円形形状の機構を開発し、その効果を確認するとともに、定量評価のための実験環境構築を行った。
FPGAの処理を医療システムと連携するにあたっては、高い機能安全性の確保も課題となる。そこで、同一の演算を異なる処理方式で実装する冗長モジュールを、半自動的に設計できる手法を開発した。本手法を用いてフィードバック制御演算を行うハードウェアを設計し、遅延異常のエラー検出率が向上することを示した。
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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
コロナ禍の影響もあり、研究部分担者が一堂に会した形での共同実験はできない状況であるが、オンラインミーティングを活用しつつ各要素技術の高度化を先に進めることができている。また、機能安全を考慮したFPGA設計など一部の研究項目を前倒しで進めることができており、研究課題全体としてはおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は各要素技術を結合させた1次プロトタイプシステムの開発を行い、連携運用した際の課題を抽出すること目指す。また、画像処理については手術器具の振動情報を背景移動と分離して抽出するアルゴリズムの開発に取り組む予定である。引き続き研究分担者と密に連携しながら推進していく予定である。
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