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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Development of a target-chasing robot system integrating MR and ultrasound image navigation to assist needle insertion

Research Project

Project/Area Number 26282145
Research InstitutionShiga University of Medical Science

Principal Investigator

森川 茂廣  滋賀医科大学, 神経難病研究センター, 客員教授 (60220042)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 仲 成幸  滋賀医科大学, 医学部, 非常勤講師 (10359771)
村上 耕一郎  滋賀医科大学, 医学部, 非常勤講師 (30572763)
山田 篤史  滋賀医科大学, 医学部, 特任助教 (40534334)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
Keywords低侵襲治療 / 手術ロボット / 画像ナビゲーション / MR画像 / 超音波画像
Outline of Annual Research Achievements

最終年度である今年度は、中型動物(ウサギ)を用いた動物実験を目標とした。これまでのセクター型超音波プローブでは深い部位に最適化されているため、コンベックス型やリニアー型のプローブを利用できるロボットのアダプターを製作するとともに、比較的浅い部位のターゲットを対象とする画像融合ソフトウェアを開発した。リニア型プローブでは、プローブの皮膚接触面とロボットハンドピースによってプローブの端から組織の浅い部位へ誘導される穿刺針の角度が急峻すぎて,本ロボットへの実装には適切ではなかった。プローブ中央から垂直に穿刺針を誘導し、プローブの方向を変えて穿刺針先端を追尾するアダプターも試みたがMR画像と超音波画像の観察面が一致しないため、これもシステムの構成には適さなかった。本研究で用いた超音波装置は、MR環境に持ち込むため、SSDベースの小型のものであり、コンベックス型のプローブで、周波数調節や感度調節などによる浅い部分の解像度向上には限界があったが、形の上ではロボットと組み合わせた画像ガイドが可能であるため、最終的にこれを利用することとした。
穿刺のターゲットとして、当初肝臓を想定していたが、ウサギの肝臓はこうもり傘のような薄い構造で、横隔膜下の肋骨弓内に隠れ、超音波による描出が難しかった。そこで、標的を両側の腎臓に設定して、ロボット誘導下の穿刺を試みた。ロボットの標的追尾精度は良好で、MRの再構成画像と超音波画像はよく一致していた。しかし、ウサギ後腹膜腔の脂肪の中に存在する腎臓の可動性は大きく、穿刺操作中に大きく移動した。本来、こうした移動に追従できるように超音波画像を組み合わせたのであるが、変位が多きすぎて、ロボットにより穿刺針の方向の調節が制約され、このようなモデルについては本システムの有効性は証明されなかった。今後は、有効なモデルについての検討が必要と考えられた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (21 results)

All 2018 2017

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] A Loop-Shaped Flexible Mechanism for Robotic Needle Steering2018

    • Author(s)
      Yamada Atsushi、Naka Shigeyuki、Nitta Norihisa、Morikawa Shigehiro、Tani Tohru
    • Journal Title

      IEEE Robotics and Automation Letters

      Volume: 3 Pages: 648~655

    • DOI

      10.1109/LRA.2017.2779273

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ロボット支援腹腔鏡下前立腺摘出術を受けた患者の体験2018

    • Author(s)
      髙田美雪、桑田弘美、森川茂廣
    • Journal Title

      看護理工学会誌

      Volume: 5 Pages: 41-51

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Steerable Needle Based on Active Sheath Mechanism2017

    • Author(s)
      Yamada Atsushi、Naka Shigeyuki、Morikawa Shigehiro、Nitta Norihisa、Tani Tohru
    • Journal Title

      Journal of the Robotics Society of Japan

      Volume: 35 Pages: 539~547

    • DOI

      10.7210/jrsj.35.539

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 内視鏡や針に利用可能な弾性アームに基づく屈曲・伸展機構2017

    • Author(s)
      山田篤史、仲成幸、森川茂廣、谷徹
    • Journal Title

      日本コンピュータ外科学会誌

      Volume: 19 Pages: 5-16

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fluorine-19 magnetic resonance imaging probe for the detection of tau pathology in female rTg4510 mice2017

    • Author(s)
      Yanagisawa Daijiro、Ibrahim Nor Faeizah、Taguchi Hiroyasu、Morikawa Shigehiro、Kato Tomoko、Hirao Koichi、Shirai Nobuaki、Sogabe Takayuki、Tooyama Ikuo
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience Research

      Volume: 96 Pages: 841~851

    • DOI

      10.1002/jnr.24188

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Development of a Steerable Transjugular Intrahepatic Portosystemic Shunt (TIPS) Needle Based on a Loop-Shaped Flexible Mechanism.2018

    • Author(s)
      N. Nitta, A. Yamada, S. Watanabe, A. Sonoda, A. Inoue, K. Taki, S. Otha, S. Naka, S. Morikawa, T. Tani, K. Murata
    • Organizer
      第77回日本医学会総会
  • [Presentation] Development of a MR-Compatible High Definition Flexible Endoscope for Real-Time MR Image-Guided Microwave Ablation2018

    • Author(s)
      A. Yamada, S. Naka, K. T. Dang, S. Morikawa, T. Tani
    • Organizer
      7th International Conference on the Development of Biomedical Engineering in Vietnam
  • [Presentation] Design and Implementations of Novel Loop-Shaped Steering Mechanisms for Flexible Needles2018

    • Author(s)
      A. Yamada, N. Nitta, S. Naka, K. T. Dang, S. Morikawa, T. Tani
    • Organizer
      7th International Conference on the Development of Biomedical Engineering in Vietnam
  • [Presentation] An Adaptive Steerable Needle based on a Loop-Shaped Flexible Arm.2017

    • Author(s)
      Yamada A, Naka S, Nitta N, Morikawa S, Tani S, Tani T.
    • Organizer
      The 31st International Congress and Exhibition of Computer Assisted Radiology and Surgery
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] An Accuracy Assessment of Hybrid Image Navigation System with MR and Ultrasound to Assist Needle Puncture.2017

    • Author(s)
      Yamada A, Naka S, Tokuda J, Tani T, Morikawa S.
    • Organizer
      The 31st International Congress and Exhibition of Computer Assisted Radiology and Surgery
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A 1.7 Fr. Steerable Microcatheter based on a Loop-Shaped Guidewire.2017

    • Author(s)
      Yamada A, Nitta N, Naka S, Morikawa S, Tani S, Tani T.
    • Organizer
      The 31st International Congress and Exhibition of Computer Assisted Radiology and Surgery
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Needle Steering Methods Based on a Loop-Shaped Flexible Mechanism2017

    • Author(s)
      Nitta N, Yamada A, Watanabe S, Sonoda A, Ota S, Tani T, Inoue A, Naka S, Morikawa S, Murata K
    • Organizer
      RSNA2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Novel Steerable Needle using Active Sheath Mechanism2017

    • Author(s)
      Nitta N, Yamada A, Watanabe S, Sonoda A, Ota S, Inoue A, Naka S, Morikawa S, Tani T, Murata K
    • Organizer
      第76回日本医学放射線学会総会
  • [Presentation] A Steerable Mictrocatheter ”Active Sheath” based on Novel Flexible Mechanism2017

    • Author(s)
      Nitta N, Yamada A, Watanabe S, Naka S, Morikawa S, Ota S, Sonoda A, Inoue A, Tani T, Murata K
    • Organizer
      第46回日本IVR学会総会
  • [Presentation] ループ型弾性屈曲機構を用いた針のステアリング性能評価2017

    • Author(s)
      山田篤史,新田哲久,仲成幸,森川茂廣,谷徹
    • Organizer
      第26日本コンピュータ外科学会大会
  • [Presentation] 高磁場MRI対応電子内視鏡によるMR画像誘導手術システムの開発2017

    • Author(s)
      仲成幸, 山田篤史, 谷総一郎, 村上耕一郎, 赤堀浩也, 飯田洋也, 森川茂廣, 谷眞至, 谷徹
    • Organizer
      第117回 日本外科学会定期学術集会
  • [Presentation] 力学データに基づく口腔ケアの訓練・評価システムの開発に向けた歪ゲージを用いた歯列モデルの作製2017

    • Author(s)
      森川茂廣、王 忠奎、平井慎一
    • Organizer
      第5回看護理工学会学術集会
  • [Presentation] 骨盤底サポート下着開発のための殿部軟組織の軟らかさ評価2017

    • Author(s)
      田原大輔、西木友浩、熊本真大、二宮早苗、岡山久代、内藤紀代子、森川茂廣
    • Organizer
      第5回看護理工学会学術集会
  • [Presentation] n vivo detection of tau pathology by fluorine-19 MR imaging in a mouse model of tauopathy2017

    • Author(s)
      Yanagisawa D, Ibrahim NF, Taguchi H, Morikawa S, Tooyama I
    • Organizer
      第12回日本分子イメージング学会学術集会
  • [Presentation] フッ素MRIによるタウ病変のイメージング2017

    • Author(s)
      柳沢大治郎、田口弘康、森川茂廣、遠山育夫
    • Organizer
      第36回日本認知症学会学術集会
  • [Presentation] Tau imaging using fluorine-19 MRI in a mouse model of tauopathy2017

    • Author(s)
      Yanagisawa D, Ibrahim NF, Taguchi H, Morikawa S, Hirao K, Shirai N, Sogabe T, Tooyama I
    • Organizer
      Alzheimer’s Association International Conference 2017
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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