2013 Fiscal Year Annual Research Report
先天性心疾患の診療支援をめざしたリアルタイム心拍動・マルチタッチ変形シミュレータ
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25282138
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | National Cardiovascular Center Research Institute |
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Principal Investigator |
中沢 一雄 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (50198058)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原口 亮 独立行政法人国立循環器病研究センター, 情報統括部, 室長 (00393215)
稲田 慎 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 特任研究員 (50349792)
白石 公 独立行政法人国立循環器病研究センター, 病院, 部長 (80295659)
桑田 成規 独立行政法人国立循環器病研究センター, その他部局等, 総長付 (40379631)
五十嵐 健夫 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (80345123)
井尻 敬 独立行政法人理化学研究所, 光量子工学研究領域, 基礎科学特別研究員 (30550347)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 生体シミュレーション |
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| Research Abstract |
２５年度の研究実施計画には、「わかりやすい２次元シェーマシステムによる先天性心疾患の形態や血行動態の説明」、「病院情報システムとの連携」の２つのテーマを記載した。これらのテーマについては、連携研究者の岩田・黒嵜らが学会等へ発表を３件行った。当初の計画にあるように、基本となる先天性心疾患の２次元シェーマの形状データベースを構築して、形態や血行動態の説明ができるシステムを開発し、病院情報システムと連携して稼働させることができた。従来のスタンドアロンシステムに対し、病院情報システムの電子カルテ上からも起動できるように、患者IDおよび医療従事者IDを連携するような仕組みを追加した。また、描かれたシェーマはシステム独自のデータベースに保存されるとともに、固定情報とするため文書管理システムへJPEG画像として電子カルテに保存される。さらに、病名等を記載するテキスト入力機能や印刷機能、これまでに作成したシェーマの検索機能を追加した。医師が本システムで作成したシェーマを患者への説明補助に使用しやすいように、病名や血流を表す矢印などを容易に編集できるインタフェースも作成した。
一方、２６年度の研究実施計画のテーマの１つとしている、「心臓レプリカとコンピュータシステムでの再現と切開や変形などの簡易手術シミュレーション」についても、タブレット上でマルチタッチ操作により心臓モデルを変形させる基礎技術開発の結果を、研究代表者の中沢が学会等へ発表を２件行った。コンピュータグラフィクス技術を用いて心臓の３次元オブジェクトの描画を行うだけでなく、常に弾性体シミュレーションが実行され、心臓オブジェクトの一部を引っ張って変形させるなどの操作を行いながら、心臓の３次元的構造を効果的な理解に役立たせることが可能になった。
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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
基本的に２５年度の研究実施計画には問題はないと考えている。しかし、強いて課題を指摘するなら、現在の２次元シェーマの形状データは正常心臓を基本とし心臓の各部分のパーツを組み合わせる形で先天性心疾患を表現しているため、この組み合わせでは表現できない先天性心疾患が残されている。
また、一部２６年度の研究実施計画のテーマである「心臓レプリカとコンピュータシステムでの再現と切開や変形などの簡易手術シミュレーション」にも先行して着手している。変形については、技術的にはほぼ大きな課題点を解決できている。しかしながら、切開については任意の場所で切開できない欠点がある。この大きな理由は、現行の心臓の３次元モデルが、弾性体シミュレーションを行うための四面体メッシュと、描画を行うために対応する三角形メッシュの二重構造をもっているためである。今後、三角形メッシュに統一することで任意の場所で切開できように解決を図る予定である。
なお、典型的な先天性心疾患の症例集のための心臓形状３次元データの作成において、独自でデータを作成するのか、一部を業者委託にするのか確定できず、当初の計画より進捗が遅れた部分がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
２６年度の研究実施計画のテーマは、「切開や変形などの簡易手術シミュレーション」と「不整脈の異常な興奮伝播現象の症例集」である。
すでに「１１．現在までの達成度」で記載したように、先行して着手しているものの、「切開や変形などの簡易手術シミュレーション」については、３次元心臓モデルにおいて、弾性体シミュレーションを行うための四面体メッシュと描画を行うための三角形メッシュの二重構造を解消する必要がある。方針としては、三角形メッシュ構造に統一することで、任意の場所で切開可能にする予定である。
一方、「不整脈の異常な興奮伝播現象の症例集」では、心臓形状３次元データの作成において未解決の課題がある。現在使用しているタブレットの計算性能では頂点数が50,000を超えるようなモデルを扱うことが困難であるため、目安とする先天性心疾患の心臓モデル構築について、タブレット上での計算コストや制限を十分に考慮する必要があることが分かった。心臓モデルのサイズとしては頂点数が25,000 – 50,000程度 (面数でいうと50,000 – 100,000程度) の三角形メッシュとして作成することを想定している。当該の先天性心疾患ごとに重要な部位のみ詳細にして重要でない部分は粗くするなど、疾患別・部位別のチューニングを図る必要があると考えている。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
「１１．現在までの達成度」でも記載したように、典型的な先天性心疾患の症例集のための心臓形状３次元データの作成において、独自でデータを作成するのか、一部を業者に委託するのか確定できなかった部分がある。昨年度は途中、業者に委託する場合を想定していた費用分が消化できず、結果として次年度使用額が生じた。この大きな理由は、ＣＴデータからタブレットで使用するための計算コストや制限によりデータの精度が確定できなかったことにある。心臓外側部は形状抽出が比較的容易で半自動的にデータ作成が可能であるが、心臓内側部は困難であり手作業の部分が多く発生する。現在のところ、１つの先天性心疾患の症例データのみ作成途中である。
課題となっている典型的な先天性心疾患の症例集のための心臓形状３次元データの作成について、独自でデータを作成、業者に委託の双方に対応するため、２６年度の費目別内訳の「人件費・謝金」および「その他」の部分を増額した。半自動抽出のためのプログラムの開発と手作業による業務委託などを想定している。
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[Presentation] Technological Development of Heart Simulators for Various Computer Platforms in the Medical and Health-care Fields2014
Author(s)
Kazuo Nakazawa, Shin Inada, Ryo Haraguchi, Takashi Ashihara, Isao Shiraishi, Ken-ichi Kurosaki, Suzu Kanzaki, Takeo Igarashi, Takashi Ijiri, Yuki Koyama, Takanori Ikeda
Organizer
The 78th Annual Scientific Meeting of the Japanese Circulation Society
Place of Presentation
Tokyo
Year and Date
20140321-20140321
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