2022 Fiscal Year Research-status Report
A surgical support system of tracking intraoperative position of completely endophytic renal tumors
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22K14210
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
陳 暁帥 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (40812277)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 手術支援システム / 臓器変形シミュレーション / 複合現実（MR) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，完全埋没型腎腫瘍の腎部分切除手術を対象として，術中の腫瘍位置を動力学シミュレーションで推定し，その情報を術者が直感的に理解しやすい形で提示する腹腔鏡下腎部分切除手術支援システムを確立することである．この「完全埋没型腎腫瘍の術中位置が追跡可能な手術支援システムの構築」を実現するために，以下の研究を実施した．
１．術中の腫瘍位置を動力学シミュレーションで推定するために，腎臓と腫瘍の3Dモデルを作成した．腎臓と腫瘍の3D モデルは，患者の医用画像から構築することを想定しているが，第一段階では簡便のため，ライフサイエンス統合データベースセンターが公開している，人体の臓器・器官3 次元モデルデータベースBodyParts3D/Anatomographyを用いて，腎臓と腎臓血管の3Dモデルを構築した．また，腎臓の内部に球状の腫瘍を生成した．
２．シミュレーションで計算した3Dモデルの変形の精度検証などのため，腎臓と腫瘍の3Dモデルに基づいて，樹脂で柔軟な腎臓ファントムを作成した．
３．モーションキャプチャシステムを用いて実際の手術器具の位置・姿勢を計測し，その計測結果から手術器具と臓器の接触を推定，接触による臓器の変位・変形を力学シミュレーションで計算した．内視鏡のスクリーンと変形した臓器の3Dモデルとを重畳表示した．手術器具の位置・姿勢を計測し，手術器具と臓器の相互作用を逐次更新し，MR技術を用いて推定した腎臓などの変形を術者に提示するシステムの確立が概ねにできた．
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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
研究実施計画でR4年度で予定したを動力学シミュレーションで腎臓・血管・腫瘍の変形を推定することができた．また，R5年度で予定した手術器具の位置・姿勢を計測し，手術器具と臓器の相互作用を逐次更新し，MR技術を用いて推定した腎臓などの変形を術者に提示するMRシステムの確立を前倒して，概ねにできた．一方，R4年度で予定した鈍的剥離，鋭的剥離，縫合などの一連の動作を動力学シミュレーションで再現する内容をR5年度で実施する予定です．
以上により，研究はおおむねに順調に進展していると評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の今後の推進方策について，以下のように計画している。
１．完全埋没型腎腫瘍の腎部分切除手術で必要な鈍的剥離，鋭的剥離，縫合などの一連の動作を動力学シミュレーションで再現する。
２．豚の腎臓や柔軟樹脂模型等を用いて実際の変形を測定する．実験結果とシミュレーションから得られる変形推定値を比較し，その精度を検証する．
３．内視鏡のスクリーンと変形した臓器の3Dモデルとの重畳表示ではズレが生じているため，重畳表示の精度向上の手法を考案する．
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[Journal Article] Basic Experiments Toward Mixed Reality Dynamic Navigation for Laparoscopic Surgery2022
Author(s)
Xiaoshuai Chen, Daisuke Sakai, Hiroaki Fukuoka, Ryosuke Shirai, Koki Ebina, Sayaka Shibuya, Kazuya Sase, Teppei Tsujita, Takashige Abe, Kazuhiko Oka, and Atsushi Konno
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Journal Title
Journal of Robotics and Mechatronics
Volume: 34(6)
Pages: 1253-1267
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Automatic assessment of laparoscopic surgical skill competence based on motion metrics2022
Author(s)
Koki Ebina, Takashige Abe, Kiyohiko Hotta, Madoka Higuchi, Jun Furumido, Naoya Iwahara, Masafumi Kon, Kou Miyaji, Sayaka Shibuya, Yan Lingbo, Shunsuke Komizunai, Yo Kurashima, Hiroshi Kikuchi, Ryuji Matsumoto, Takahiro Osawa, Sachiyo Murai, Teppei Tsujita, Kazuya Sase, Xiaoshuai Chen, Atsushi Konno, and Nobuo Shinohara
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Journal Title
PLOS ONE
Volume: 17(11)
Pages: e0277105
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Objective evaluation of laparoscopic surgical skills in wet lab training based on motion analysis and machine learning2022
Author(s)
Koki Ebina, Takashige Abe, Kiyohiko Hotta, Madoka Higuchi, Jun Furumido, Naoya Iwahara, Masafumi Kon, Kou Miyaji, Sayaka Shibuya, Yan Lingbo, Shunsuke Komizunai, Yo Kurashima, Hiroshi Kikuchi, Ryuji Matsumoto, Takahiro Osawa, Sachiyo Murai, Teppei Tsujita, Kazuya Sase, Xiaoshuai Chen, Atsushi Konno, Nobuo Shinohara
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Journal Title
Langenbeck's Archives of Surgery
Volume: 407(5)
Pages: 2123-2132
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Development and validation of a measurement system for laparoscopic surgical procedures in practical surgery training2023
Author(s)
Ebina Koki, Takashige Abe, Kiyohiko Hotta, Madoka Higuchi, Jun Furumido, Naoya Iwahara, Masafumi Kon, Shunsuke Komizunai, Yo Kurashima, Hiroshi Kikuchi, ryuji Matsumoto, Takairo Osawa, Sachiyo Murai, Teppei Tsujita, Kazuya Sase, Xiaoshuai Chen, Nobuo Shinohara, and Atsushi Konno
Organizer
2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integrations (SII2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] 内視鏡下副鼻腔手術の技量評価手法の検討2022
Author(s)
山田海俊, 鈴木正宣, 宮路洸, 佐瀬一弥, 海老名光希, 辻田哲平, 陳暁帥, 安部崇重,中丸裕爾, 妹尾拓, 小水内俊介, 本間明宏, 近野敦
Organizer
第 23 回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会（SI2022）
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