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2014 Fiscal Year Research-status Report

手術支援のための人腹腔の力学モデルの構築

Research Project

Project/Area Number 25600155
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

山田 貴博  横浜国立大学, 環境情報研究科(研究院), 教授 (40240022)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松井 和己  横浜国立大学, 環境情報研究科(研究院), 准教授 (00377110)
緒方 正人  横浜市立大学, 医学(系)研究科(研究院), その他 (70501154)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords生体力学モデル / 腹腔 / 膜・網組織 / 幾何学モデル / 物性同定 / in vivo試験
Outline of Annual Research Achievements

手術支援の基板となる腹腔内組織全体を表現した力学モデルを構築することが本研究課題の目的である.腹腔内組織において,臓器は基本的に膜・網組織によって固定されている.したがって,腹腔内組織全体の変形を再現するためには,腹腔における臓器の膜・網組織に支持された状態を有限要素解析のための力学モデルとして作成することが必要となる.平成25年度の研究では,有限要素法に基づく数値計算手法の構築を行ったことから,平成26年度の研究では膜・網組織が考慮された有限要素解析のための幾何学モデルの生成と物性値の同定試験に取り組んだ.
腹腔内において臓器が膜・網で被われた幾何学モデルとしては,膜・網組織がな閉じた曲面となっていることを再現しなければ,膜・網組織が担う力学的機能を考慮することはできない.当初計画では,CT, MRIなどの医用画像から画像処理のみで膜・網組織の生成を行うことを考えていたが,閉じた曲面となるよう生成することは困難であることが分かった.そこで,腹腔の空間部に幾何形状とは独立な閉曲面を配置し,それを拡大することで臓器表面を被う閉曲面として膜組織を生成するアルゴリズムを開発した.また,このアルゴリズムの有効性をCADモデルとして作成した腹腔モデルにおいて検討した.
一方,生成された力学モデルにより手術支援を行うためには,適切な剛性を与える物性値を決定する必要がある.これに対しては,まず,動物試験においてin vivoで物性値を同定し,それを適用することとした.そのために,in vivoで物性値を測定するための試験方法について検討を行い,試験装置の試作と予備的な実験を実施した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

平成26年度は,平成25年度の成果に基づく有限要素モデルを実際のCT, MRIなどの医用画像から生成する技術を確立することが達成目標であった.力学モデルとしては膜組織は閉じた曲面とすることが必要であるが,医用画像から直接的に膜を生成することは困難であった.そこで,別のアプローチとして,膜組織を臓器を被う形で人工的に生成する手法に取り組みある程度解決することができた.
また,物性値の同定についても取り組み,一定の成果が得られた.
したがって,研究は概ね順調に進展していると考えられる.

Strategy for Future Research Activity

平成25年度において膜組織と臓器による力学モデルを計算するための有限要素解析プログラムを開発した.平成26年度においては,臓器を被う膜組織を考慮した幾何学モデルの生成プログラムを開発した.また,物性値の同定についても研究を進めた.平成27年度は,以上を統合し,現実の状況に近い腹腔内の臓器変形を再現する数値シミュレーションの実現を目指す.

  • Research Products

    (3 results)

All 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (1 results)

  • [Journal Article] Measurement of the Physical Properties during Laparoscopic Surgery Performed on Pigs by Using Forceps with Pressure Sensors2015

    • Author(s)
      H. Yamanaka, K. Makiyama, K. Osaka, M. Nagasaka, M. Ogata, T. Yamada and Y. Kubota
    • Journal Title

      Advances in Urology

      Volume: 2015 Pages: 1-10

    • DOI

      10.1155/2015/495308

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 領域分割型重合メッシュ法による応力解析2014

    • Author(s)
      綿貫達也,山田貴博,松井和己
    • Journal Title

      土木学会論文集A2分冊(応用力学)

      Volume: 70 Pages: I_255-I_264

    • DOI

      10.2208/jscejam.70.I_255

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 手術シミュレーター/ナビゲーションへの応用を目指した軟組織計算モデル2014

    • Author(s)
      緒方正人,圓佛泰司, 山田貴博
    • Organizer
      計算工学講演会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場
    • Year and Date
      2014-06-11 – 2014-06-13

URL: 

Published: 2016-05-27  

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