2013 Fiscal Year Research-status Report
生体に適用可能な超音波ビジュアルサーボの開発とその集束超音波治療への応用
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25350568
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中楯 龍 九州大学, 先端医療イノベーションセンター, 助教 (40584470)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石井 裕之 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (10398927)
斎藤 明子 東京女子医科大学, 医学部, 准教授 (60101854)
剣持 一 九州大学, 先端医療イノベーションセンター, 特任助教 (60215134)
橋爪 誠 九州大学, 医学研究院, 教授 (90198664)
東 隆 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90421932)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ロボッティクス / 超音波 / HIFU / ビジュアルサーボ / 医工学 |
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| Research Abstract |
本研究は、術中追従開始直前にスキャンして記録した患部周辺の微小範囲の超音波３Ｄデータと追従中に観測した２Ｄデータのマッチングにより、通常の２Ｄ超音波プローブのみで構成する３Ｄビジュアルサーボの性能を生体の治療、特に肝臓の集束超音波治療に適用可能な程度に高めることを目的としている。
Ｈ２５年度は、まず要求仕様抽出のため対象臓器であるヒト肝臓の呼吸性移動を、超音波を用いて他点的に計測し定量的に明らかにした。その結果、体幹軸方向の移動量が最大１８ｍｍという測定値を得た。次にこの結果に基づき、超音波対応の軟性肝臓モデルを用いて胸腹部の呼吸ファントムを設計した。市販の産業用ロボットと超音波診断装置を用いたプラットフォームにて、既存の追従アルゴリズムを３自由度で構成し、実際の呼吸するヒト肝臓に適用し、追従可能な限界を測定したところ、約４分間半の肝臓追従が可能であることが判明した。この時の振幅は約１４ｍｍであった。特に呼吸の呼気・吸気末期の折り返し時の追従誤差が問題点として明らかになった。また超音波画像の鮮明度、サイズを変化させて比較検討を行ったところ、これらいずれも追従精度への影響が大きいことが分かった。追従自由度数も１自由度と３自由度では大きく安定性が異なることが分かった。アルゴリズムの改良を、関心領域の細片化、特徴点利用、画像処理高速化について試みた。関心領域の細片化についてはそのサイズの最適化が課題、特徴点利用については一定の効果があった。GPUを用いた高速化は、画像データ転送の時間がボトルネックとなることが判明した。これらについて改良を加えた。
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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
今年度の目標（７項目）の全てに着手し、一定の結果を得ているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
超音波プローブを患者体表で把持するマニピュレータおよびその保持台を開発する。今年度明らかにした臓器の移動量、速度等から要求仕様を抽出し、機械的・電気的な安全性を考慮した機構を設計開発する。
また、今年度明らかになった追従アルゴリズムの課題をもとに、実際の適応である集束超音波治療用にカスタマイズした追従手法の開発・実装を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
・呼吸ファントムの最終版設計が年度末となり、部品発注が翌年にずれ込んだため。
・画像キャプチャボードの要求仕様を確定させるまで、研究室所有の安価なもので代替したため。
今年度未使用分は次年度に予定通り発注予定。また、次年度はロボットのハードウェア作成を予定しており、大きな費用がかかるため全体予算をオーバーしないように支出計画を立てる。
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[Presentation] Human abdomen recognition using camera and force sensor in medical robot system for automatic ultrasound scan2013
Author(s)
Bin Mustafa, A.S., Ishii, T., Matsunaga, Y., Nakadate, R., Ishii, H., Ogawa, K., Saito, A., Sugawara, M., Niki, K., Takanishi, A.
Organizer
35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2013)
Place of Presentation
Osaka, Japan
Year and Date
20130703-20130707
