強化された画像誘導と革新的ロボット技術の融合による画期的低侵襲治療システムの開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25282157
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 富川 盛雅 九州大学, 大学病院, 特任准教授 (60325454)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋爪 誠 九州大学, 医学研究院, 教授 (90198664) ; 大平 猛 九州大学, 先端イノベーションセンター, 教授 (00275695) ; 村田 正治 九州大学, 先端融合医療レドックス研究拠点, 准教授 (30304744) ; 大内田 研宙 九州大学, 先端イノベーションセンター, 講師 (20452708) ; 宗崎 良太 九州大学, 大学病院, 助教 (10403990) ; 中楯 龍 九州大学, 先端イノベーションセンター, 助教 (40584470)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 医療・福祉 / 外科 / 低浸襲治療 / 手術ロボット / 手術ナビゲーション

Research Abstract

計算解剖学に基づくComputer assisted diagnosis(CAD)およびコンピュータナビゲーションシステムを搭載し、かつMRIのガントリ内で高磁場の影響をうけず作動し、MR画像にも影響を与えない高画質のMRI対応内視鏡を搭載した内視鏡マニピュレータおよびビジュアルサーボ制御による実時間穿刺経路修正プログラムを実装し、対象の移動と変形に対応できる能動穿刺マニピュレータを開発しつつある。現状では以下の結果が得られている。
１）能動内視鏡マニピュレータの開発：単孔式内視鏡下手術を想定し、術中の視点・視野の自由な操作が可能となるよう汎用保持マニピュレータと外套管マニピュレータからなる能動内視鏡マニピュレータの開発を行った．外套管には圧縮コイルばねを用いて屈曲の２自由度を実現し，体内で自由に位置・姿勢が操作可能な計６自由度の構成とした。ジョイスティックによる動作検証により，位置移動，屈曲動作が可能であることが確認された。また、内視鏡は小型化されたステレオ視をもつもので、対象物を３次元立体画像復元が可能なものを新たに開発した。今後は術具マニピュレータとの統合によるin vivo 実験を行い，システム全体の評価および改善を図っていく予定である。
２）開発中の穿刺マニピュレータは，4個のDCモータとそれによって駆動される4自由度リンク機構からなる。駆動部はワイヤとアウターチューブを介してマニピュレータを自律動作させる。マニピュレータの動作は画像処理と強化学習を統合した制御系によって自律的に最適化される。
３）Open MRIガントリ内の任意の場所、任意の方向のスライスをリアルタイムに作成する技術であるInteractive Scan Control(ISC)を実用化しシステム内に融合させるため、OpenMRI内のソフトウェアに対する基盤開発を行った。ファントムを使用した実験において有用性を検証することができ、臨床応用の可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

臨床応用に耐えられるよう、術具マニピュレータを変更可能となる機構を搭載させているが、そのことにより若干の稼動域の制限が生じている。また、マニピュレーターの安定性と安全性を検証するため動物実験を繰り返し行なっている状況である。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題により計算解剖学に基づいたリアルタイム性の高い術中ナビゲーションシステムはその利用価値があることも客観的に証明できた。ただし臨床応用するには、まだ改良するべき点が存在している。今後はその改良点を一つ一つ克服するような形で研究を遂行していくと同時に、本研究課題で排出できた技術を応用することにより、新たな切り口から「新しいナビゲーション手法を応用した低侵襲診断治療システムの開発」という目的を達成する可能性も考慮する。他施設でブレインストーミングなどを行い、アイデアの排出にも邁進する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

現時点での実験内容が現有の比較的旧式の手術器具で十分に対応可能であったため、初年度に重点的に計上していたMR対応内視鏡下手術器具（鉗子類、エネルギー源、モニタ、気腹装置）の購入の必要性が相対的に低下し、初年度内で購入するに至らなかったことがあげられる。
MR対応内視鏡下手術器具（鉗子類、エネルギー源、モニタ、気腹装置）の開発や購入に充当する。

Research Products

• [Journal Article] Merits of prophylactic sclerotherapy for esophageal varices concomitant unresectable hepatocellular carcinoma:Prospective randomized study. (2014)
  • Author(s): Akahoshi T, Tomikawa M, Tsutsumi N, Hashizume M, Maehara Y:
  • Journal Title: Digestive Endoscopy Volume: 26 Pages: 172-177
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 胆膵 膵臓 胆道疾患のNOTES 現状と将来 (2013)
  • Author(s): 富川 盛雅、橋爪 誠:
  • Journal Title: Annual Review消化器 Volume: 2013 Pages: 273-279
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 計算解剖モデルに基づくナビゲーション手術の最前線 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅、橋爪 誠:
  • Journal Title: MEDICAL IMAGING TECHNOLOGY Volume: 31 Pages: 311-316
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 医用画像を応用したナビゲーション手術・低侵襲治療シミュレーションの有用性の検討 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅、植村宗則、長尾吉泰、金城 直、堤 敬文、赤星朋比古、前田貴司、川中博文、田上和夫、森 健策、池田哲夫、前原喜彦、橋爪 誠:
  • Journal Title: 臨床と研究 Volume: 90 Pages: 205-210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Objective Skill Evaluation for Laparoscopic Training Based on Motion Analysis. (2013)
  • Author(s): Zhuohua L, Uemura M, Zecca M, IEEE, Sessa S, Member, IEEE,Isii H, Tomikawa M, Hashizume M, Yamaguchi S, Yoshida D, Takanishi A, Member, IEEE:
  • Journal Title: IEEE Transaction on Biomedecal Engineering. Volume: 60 Pages: 977-985
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-Dimensional High-Definition Neuroendoscopic Surgery: A Controlled Comparative Laboratory Study with Two-Demensional Endoscopy and Clinical Application. (2013)
  • Author(s): Inoue D, Yoshimoto K, Uemura M, Yoshida M, Ohuchida K, Kenmotsu H, Tomikawa M, Sasaki T, Hashizume M:
  • Journal Title: J Neuril Surg A. Volume: 74 Pages: 357-365
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Treatment of Bleeding Rectal Varices With Transumbilical Venous Obliteration of the Inferior Mesenteric Vein. (2013)
  • Author(s): Hashimoto N, Akahoshi T, Kamori M, Tomikawa M, Yoshida D, Nagao Y, Morita K, Kayashima H, Ikegami T, Yoshizumi T, Taketomi A, Shirabe K, Maehara Y:
  • Journal Title: Surg Laparosc Endosc Percutan Tech. Volume: 23 Pages: 134-137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of an objective endoscopic surgical skill assessment system for pediatric surgeons: suture ligature model of the crura of the diaphragm in infant fundoplication. (2013)
  • Author(s): Ieiri S, Ishii H, Souzaki R, Uemura M, Tomikawa M, Matsuoka N, Takanishi A, Hashizume M, Taguchi T:
  • Journal Title: Pediatr Surg Int. Volume: 29 Pages: 501-504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Objective Skill Evaluation for Laparoscopic Training Based on Motion Analysis. (2013)
  • Author(s): Lin Z, Uemura M, Zecca M, Sessa S, Ishii H, Tomikawa M, Hashizume M, Takanishi A:
  • Journal Title: IEEE Trans Biomed Eng. Volume: 60 Pages: 977-985
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Balloon-occluded retrograde transvenous obliteration is feasible for prolonged portosystemic shunts after living donor liver transplantation. (2013)
  • Author(s): Nagao Y, Akahoshi T, Uehara U, Hashimoto N, Kinjo N, Kawanaka H, Tomikawa M, Uchiyama H, Yoshizumi T, Soejima Y, Shirabe K, Maehara Y:
  • Journal Title: Surgery Today. Volume: 44 Pages: 633-639
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Image-guided laparoscopic surgery in an open MRI operating theater. (2013)
  • Author(s): Tsutsumi N, Tomikawa M, Uemura M, Akahoshi T, Nagao Y, Konishi K, Ieiri S, Hong J, Maehara Y, Hashizume M:
  • Journal Title: Surg Endosc. Volume: 27 Pages: 2178-2184
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 医用画像に基づく計算解剖学の消化器外科領域への応用. (2013)
  • Author(s): 赤星朋比古, 富川盛雅, 橋爪 誠:
  • Journal Title: MEDICAL PHOTONICS Volume: 14 Pages: 17-21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Effect of Proton Pomp Inhibitor(PPI : Rabeprazole) on Reflux Esophagitis after Endoscopic Injection Sclerotherapy(EIS), a Randomized Control Study(24 hour-pH monitoring). (2013)
  • Author(s): Akahoshi T, Kawanaka H, Tomikawa M, Saeki H, Uchiyama H, Ikeda T, Shirabe K, Hashizume M, Maehara Y:
  • Journal Title: Fukuoka Acta Med Volume: 104 Pages: 483-489
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An augmented reality navigation sysytem for pediatric oncologic surgery based on preoperative CT and MRI images. (2013)
  • Author(s): Souzaki R, Ieiri S, Uemura M, Ouchida K, Tomikawa M, Kioshita Y, Koga Y, Suminoe A, Kohashi K, Oda Y, Hara T, Hashizume M, Taguchi T:
  • Journal Title: Journal of Pediatric Surgery Volume: 48 Pages: 2479-2483
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] カオス解析を用いた内視鏡外科手術における鉗子先端動作解析～熟練者と初心者の潜在的な動きのちがい～ (2013)
  • Author(s): 植村 宗則、富川 盛雅、苗鉄軍、家入 里志、宗崎 良太、大内田 研宙、 橋爪 誠:
  • Journal Title: 日本コンピュータ外科学会誌 Volume: 15 Pages: 218-219
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 腹腔鏡下袖状胃切除術における３D内視鏡・ViKYシステム・循環式気腹装置（エアシール）の有用性の検討 (2013)
  • Author(s): 富川 盛雅、神代 竜一、長尾 吉泰、赤星 朋比古、田井 耕二、大内田 研宙、家入 里志、池田 哲夫、是永 大輔、竹中 賢治、橋爪 誠:
  • Organizer: 第２６回日本内視鏡外科学会総会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20131128-20131130
• [Presentation] 九州大学における肥満手術の工夫―立体映像表示システムを用いた腹腔鏡下袖状胃切除術 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅, 神代竜一,長尾吉泰,赤星朋比古,田井耕二,大内田研宙, 家入里志,池田哲夫, 是永大輔, 竹中賢治, 橋爪 誠:
  • Organizer: 第２６回日本内視鏡外科学会総会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20131128-20131130
• [Presentation] 内視鏡外科手術における客観的消化管縫合技術評価シュミレータの開発 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅,植村宗則,布施健一,大内田研宙,赤星朋比古,宗良太,家入里志, 是永大輔,竹中賢治, 橋爪 誠:
  • Organizer: 第２６回日本内視鏡外科学会総会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20131128-20131130
• [Presentation] 経済効果と患者の生活の質の向上を考慮した単孔式ＴＥＰ法 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅, 神代竜一, 東貴寛, 赤星朋比古, 森田和豊, 江口大彦, 遠藤和也, 立石雅宏, 内山秀昭, 是永大輔, 橋爪誠, 竹中賢治：
  • Organizer: 第75回日本臨床外科学会総会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20131121-20131123
• [Presentation] 腹腔鏡下脾臓定期出術における工夫―軟性内視鏡併用の試み (2013)
  • Author(s): 富川盛雅, 赤星朋比古, 金城 直, 上原英雄, 橋本直隆, 長尾吉泰, 橋爪 誠:
  • Organizer: 第20回日本門脈圧亢進症学会総会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20130919-20130920
• [Presentation] 内視鏡トレーニングセミナーの有用性―受講者に対するアンケート結果を加味した解析 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅, 植村宗則, 神代竜一, 森 恩, 宗崎良太, 大内田研宙, 赤星朋比古, 家入里志, 大平 猛, 池田哲夫, 橋爪 誠:
  • Organizer: 第22回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 20130914-20130915
• [Presentation] Reduced Port SurgeryのProsに適うアドバンストトレーニングの試み (2013)
  • Author(s): 富川盛雅、植村宗則、大内田研宙、赤星朋比古、家入里志、大平 猛、橋爪 誠:
  • Organizer: Reduced Port Surgery Forum in Morioka
  • Place of Presentation: 盛岡
  • Year and Date: 20130802-20130803
• [Presentation] 内視鏡外科手術基本手技の定量的分析と効果的なトレーニング法の開発 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅、植村宗則、神代竜一、宗崎良太、大内田研宙、赤星朋比古、石井裕之、家入里志、大平 猛、橋爪 誠:
  • Organizer: 第68回日本消化器外科学会総会
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 20130717-20130719
• [Presentation] Catheterization for balloon-occluded retrograde transvenous obliteration guided by fly-through module of New Virtual Endoscopic System. (2013)
  • Author(s): Tomikawa M, Akahoshi T, Oda M, Kumashiro R, Uemura M, Ieiri S, Mori K, Hashizume M:
  • Organizer: CARS 2013
  • Place of Presentation: ドイツ
  • Year and Date: 20130626-20130629
• [Presentation] 受講者に対するアンケート結果からみた内視鏡外科手術基本手技トレーニングセミナーの有効性 (2013)
  • Author(s): 富川 盛雅、植村 宗則、神代 竜一、大内田 研宙、赤星 朋比古、家入 里志、大平 猛、田上 和夫、橋爪 誠:
  • Organizer: 第67回手術手技研究会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 20130517-20130518
• [Presentation] 単孔式TEP法におけるXゲートと3D内視鏡の有用性 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅、長尾吉泰、植村宗則、吉田正樹、堀 淳一、石井裕之、大内田研宙、赤星朋比古、家入里志、大平 猛、橋爪 誠:
  • Organizer: 第11回日本ヘルニア学会学術集会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 20130510-20130511
• [Presentation] ANALYSES OF OVER 800 TRAINEES ATTENDED AN INTEGRATED 2-DAY STANDARDIZED LAPAROSCOPIC SURGERY TRAINING COURSE AT A SINGLE CENTER IN KYUSHU UNIVERSITY (2013)
  • Author(s): Tomikawa M, Uemura M, Nagao Y, Tsutsumi N, Kumashiro R, Souzaki R, Ohuchida K, Ieiri S, Ohdaira T, Hashizume M:
  • Organizer: Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons 2013
  • Place of Presentation: アメリカ
  • Year and Date: 20130417-20130420
• [Presentation] 低侵襲治療の安全性向上を目指した医用画像応用技術の現状とその将来展望 (2013)
  • Author(s): 富川盛雅、神代 竜一、大内田 研宙、赤星 朋比古、前原 喜彦、橋爪 誠:
  • Organizer: 第113回日本外科学会定期学術集会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20130411-20130413
• [Presentation] 内視鏡手術をより低侵襲に―低侵襲治療の研究開発とあたらしいデバイス― (2013)
  • Author(s): 富川盛雅:
  • Organizer: 第113回日本外科学会定期学術集会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20130411-20130413
• [Presentation] コンピューターが手術を変える (2013)
  • Author(s): 富川盛雅、橋爪 誠、前原喜彦:
  • Organizer: 第113回日本外科学会定期学術集会市民公開講座
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 20130411-20130413
• [Presentation] NG切断
  • Author(s): 富川 盛雅、赤星 朋比古、池田 哲夫、橋爪 誠:
  • Organizer: 第７回内視鏡下肥満外科治療研究会
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] 内視鏡外科手術トレーニングセミナーにおける技術評価タスクの成績の解析
  • Author(s): 富川盛雅、植村宗則、神代竜一、豊田和孝、森 恩、宗崎良太、大内田研宙、家入里志、大平 猛、橋爪 誠:
  • Organizer: 第23回九州内視鏡下外科手術研究会
  • Place of Presentation: 鹿児島
• [Presentation] 硬性腹腔鏡と軟性内視鏡を併用した脾臓摘出術
  • Author(s): 富川 盛雅、赤星 朋比古、神代 竜一、長尾 吉泰、前原 喜彦、橋爪 誠:
  • Organizer: 第8回LECS研究会
  • Place of Presentation: 東京