2015 Fiscal Year Annual Research Report
GPUの深度画像並列処理機能による肝臓手術ナビゲーションシステムの製作とその評価
| Project/Area Number |
26289069
|
|---|
| Research Institution | Osaka Electro-Communication University |
|---|
Principal Investigator |
登尾 啓史 大阪電気通信大学, 総合情報学部, 教授 (10198616)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小枝 正直 大阪電気通信大学, 総合情報学部, 准教授 (10411232)
大西 克彦 大阪電気通信大学, 総合情報学部, 准教授 (20359855)
海堀 昌樹 関西医科大学, 医学部, 准教授 (30333199)
陳 延偉 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (60236841)
權 雅憲 関西医科大学, 医学部, 教授 (70225605)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 手術ナビゲーション / GPGPU / 並列処理 / デプスカメラ / Z-buffering |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の実績概要を項目ごとに述べる。
（項目１）の「術前にCT/MRIスキャンしたDICOMから３脈管や癌組織を抽出し、それらをSTL多面体に変換し、仮想肝臓STLと実肝臓の位置・姿勢および形状を医師が手動で合致させる。」を手動で実施した。これを自動で実施することは困難であることが実地で理解されたので、我々は現在、前述の手動ソフトウエアの完成度を高めている。
（項目２）の「実肝臓の挙動を深度カメラでリアルタイム計測し、その深度画像と仮想肝臓STLのzバッファが合致するよう、仮想肝臓STLを平行・回転・変形させる。」は、シミュレーションでの評価よりも実験での評価の方が良好な結果が得られた。
（項目３）の「肝臓表面の形状変化に伴って、肝臓内部の３脈管や癌組織のSTL多面体の頂点のZ座標を更新し、それらの多面体を独立に変形させる。」は、まだ試作の域を超えていないものの、塑性変形および弾性変形に対して、高い追従性が確認できた。
（項目４）の「メス先から3脈管および癌組織までの距離を閾値処理し、それらに過度に接近した場合、色彩・音声・振動で医師の注意を喚起する。」、および（項目５）の「直近のメス動作ベクトル、メス先端と３脈管上および癌組織上の近接2点ベクトル、およびそれらのユークリッド距離を利用することで、次に推奨されるメス動作ベクトルを実時間で医師に提示する。」は容易に実現できそうであることが理解された。
これらより、医師のメスを最適誘導するナビゲーションソフトウエアの有用性評価を開始している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
（項目２）～（項目５）は順調に成果が出ているが、（項目１）が実用（特に、肝臓表面にオクルージョンが存在する場合）に耐えうるレベルなのかを検証することが必要なこと、（項目２）と（項目３）の平行回転移動と変形が独立ではなく同時進行する場合に対応できていないこと、および肝臓外科手術ナビゲーションシステムの実用化に不可欠な臨床実験の実施に至るまでのハードルである「研究室における豚レバーによる実験」および「豚生体実験」での研究成果確認の進捗が遅れていることから、標記の区分評価を選択しました。
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究実績の概要における各項目の状況より、今後は、実際に利用できる肝臓手術ナビゲータを、特に（項目１）と（項目３）の機能を充実させながら製作していく予定である。その際、実世界での実メスと実肝臓の位置や姿勢の連動精度もあわせて確認していきながら、GPUの高速並列計算機能に基づく各要素技術のリアルタイム性と実用性などを高めていく。
また今後は、「研究室における豚レバーによる肝臓外科手術ナビゲーションシステム評価」および「豚生体実験による肝臓外科手術ナビゲーションシステム評価」へと早急にステージを高める予定である。
|
| Causes of Carryover |
平成26年度は、主として設備備品（GPGPU搭載ワークステーション、デプスカメラ、マーカービジョン、その他）のセットアップに時間を費やした。平成27年度は、主として手術ベッドにフレキシブルに装着できる術部計測ロボット・メカニカルシステムの製作、および目的の５項目（初期位置姿勢合わせ、平行・回転移動追従、表面変形追従、内部追従変形、メス動作自動指示）のソフトウエア試作に時間を費やした。これより、実用に耐えうる安定性を持つソフトウエアの外部委託に及んでおらず、それに関係した予算に残金が生じた。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
過去２年度で研究室の実験装置がほぼ完成し、目的の５項目（初期位置姿勢合わせ、平行・回転移動追従、表面変形追従、内部追従変形、メス動作自動指示）に関して試作レベルのソフトウエアが開発され、それらにより一定の評価実験ができるようになった。これらにより、どのような安定化ソフトウエアを外部委託すればよいかがほぼ理解できた。
これより、今年度は、できるだけ早く平行・回転移動と表面変形の連動アルゴリズムを設計し、それも含めたナビゲーションのスペックを決定し、その安定化ソフトウエアを外部委託したい。
|
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Parameter Identification of Depth-Depth-Matching Algorithm for Liver Following2015
Author(s)
Kaoru Watanabe, Masahiro Yagi, Kento Ota, Katsuhiko Onishi, Masanao Koeda, Shigeki Nankaku, Hiroshi Noborio, Masanori Kon, Kousuke Matsui, Masaki Kaibori
-
Journal Title
Jurnal Teknologi, Medical Engineering
Volume: 77巻
Pages: 35-39
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
-
[Journal Article] Image-based Initial Position/Orientation Adjustment System between Real and Virtual Livers2015
Author(s)
Hiroshi Noborio, Kaoru Watanabe, Masahiro Yagi, Yasuhiro Ida, Katsuhiko Onishi, Masanao Koeda, Shigeki Nankaku, Kousuke Matsui, Masanori Kon, Masaki Kaibori
-
Journal Title
Jurnal Teknologi, Medical Engineering
Volume: 77巻
Pages: 41-45
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
-
-
-
[Presentation] A New 2D Depth-Depth Matching Algorithm whose Translation and Rotation Freedoms are Separated2015
Author(s)
Kaoru Watanabe, Masahiro Yagi, Atsuhiro Shintani, Shigeki Nankaku, Katsuhiko Onishi, Masanao Koeda, Hiroshi Noborio, Masanori Kon, Kosuke Matsui, Masaki Kaibori
Organizer
International Conference on Intelligent Informatics and Biomedical Sciences (ICIIBMS2015), Track 3: Bioinformatics, Medical Imaging and Neuroscience
Place of Presentation
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Okinawa・Onna-son)
Year and Date
2015-11-28 – 2015-11-30
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Experimental Results of 2D Depth-Depth Matching Algorithm Based on Depth Camera Kinect v12015
Author(s)
Hiroshi Noborio, Kaoru Watanabe, Masahiro Yagi, Yasuhiro Ida, Shigeki Nankaku Katsuhiko Onishi, Masanao Koeda, Masanori Kon, Kousuke Matsui, Masaki Kaibori
Organizer
nternational Conference on Intelligent Informatics and Biomedical Sciences (ICIIBMS2015), Track 3: Bioinformatics, Medical Imaging and Neuroscience
Place of Presentation
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Okinawa・Onna-son)
Year and Date
2015-11-28 – 2015-11-30
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Depth Camera Calibration and Knife Tip Position Estimation for Liver Surgery Support System2015
Author(s)
M. Koeda, A. Tsukushi, H. Noborio, K. Onishi, K. Mizushino, T. Kunii, K. Watanabe, M. Kaibori, K. Matsui and M. Kon
Organizer
17th International Conference on Human-Computer Interaction (HCII2015)
Place of Presentation
Los Angeles, CA, USA
Year and Date
2015-08-02 – 2015-08-07
Int'l Joint Research
-
-
-
-
