2014 Fiscal Year Research-status Report
尿流可視化による尿道機能の解明とフォーカル治療の基盤研究
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26462435
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
五十嵐 辰男 千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (70302544)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪田 健一 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10344045)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 尿道機能 / 内視鏡画像処理 / 尿道立体画像 / 尿流動態解析 / 排尿障害 / 膀胱頸部硬化症 / フォーカルセラピー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は、これまで行ってきた内視鏡ビデオ映像に基づく前立腺部尿道内腔立体形状再構築の精度を上げるため、血管や前立腺粘膜表面の反射特性を考慮した補正を行った。これにはGaussian Mixture Modelクラスタリングをもちいて組織性状の異なる領域を分別し、ラベリング処理によりノイズを除去後、隣接する領域部分にエッジ抽出を行った後、領域間の補間を行った。これにより従来法と比較し表面が滑らかな形状の再構築が可能になり、既知の色彩をもつ尿道モデルを用いて、整合性を確認した。
MRIによる尿道形状の計測を行う前に、3D超音波診断装置を用いて蓄・排尿時の膀胱形状の変化を解析した。これには2D-SIFTアルゴリズムを用いて、膀胱超音波画像上のキーポイント候補点の抽出をおこない、3D-SIFTアルゴリズムにより対応点検索を試みた。これにより排尿前後の膀胱超音波画像上、マッチする対応点が2点得られ、超音波画像を用いた蓄・排尿時の膀胱運動の解析は可能であることが判明した。
次いで、膀胱頸部治療修飾時の前立腺部尿道内の尿流体解析をおこなった。これまでに検討してきた、仮想空間上の正常男性と膀胱頸部硬化患者の膀胱頸部～前立腺部尿道のモデルを用い、経尿道的膀胱頸部切除術で切開される膀胱頸部の形状変化から生じる前立腺部尿道内の尿流と圧力分布の変化を計算した。これにより、膀胱頸部正中腹側切開と、両側に斜め30度の位置の切開では、尿流と圧量分布の変化が生じる部位が異なることが判明した。
以上の結果より、平成26年度は内視鏡を用いて排尿障害をきたす尿道内因子の計測の精度を上げる手法と、治療による変化を予測する手法の基盤を形成することができた。また連成解析を行う際に必要な、利尿筋の運動による膀胱内圧の変化を計算する手法の初歩的な検討がなされた。
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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
本研究の目的は排尿障害患者の前立腺部尿道における責任病変の同定であり、現実の尿道により近い尿道立体形状を内視鏡ビデオ映像から再構築する手法を確立することである。まずこれまでの研究を踏まえて、仮想尿道をもちいた尿道内尿流シミュレーションで確認できる渦流近位側の変形を排尿障害の責任病変とした場合の当該部位を、元の内視鏡画像上で指示するソフトウェアを作成した。排尿障害の手術治療は内視鏡視野下で行われるので、内視鏡で①仮想尿道画像構築→②流体シミュレーションにより責任部位同定→③当該部位を元の内視鏡実画像内に表示、の順となるが③の部分が先に達成できた。本研究のポイントは、流体シミュレーションに供するために構築する仮想尿道の信頼性を向上させることである。これまでの研究では尿道粘膜表面の輝度値から立体情報を抽出して仮想尿道画像を構築しているが、尿道表面に分布する血管や腺腫のような組織反射特性の差が仮想尿道形状表面のノイズを生じさせ、流体計算結果に影響することから、色調による反射特性の補正をおこなった。これにより仮想尿道内腔のノイズを抑制することができ、流体計算結果も臨床的パラメータとより整合が取れるようになった。また責任病変の妥当性を検証するためには、当該部位に治療修飾を加えた場合の流体変化を推測する手法が必要である。このために責任病変が明らかな膀胱頸部硬化症のモデルを用いて、責任部位を切開により拡張させることで生じる尿流の変化を計算する手法を構築した。これより責任病変が成立するための条件と治療修飾の程度を推測することができた。したがって、尿道の性状再現の前に、治療支援のための手法を構築することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
内視鏡画像から、尿道内腔の立体形状再構築とパノラマ画像作成、およびパノラマ画像と内視鏡実画像のリンクは達成されたが、これまでの手法では尿道変形の計算がなされていない。実際の排尿時の責任病変を同定するためには、膀胱内圧の変化に基づく尿流の変化と下部尿路の変形量を推定する必要がある。平成26年度に超音波診断装置を用いて、膀胱壁の運動量を計測する手法を開発したので、この方法を発展させて腹壁から膀胱～前立腺部尿道の変形計測を試みる。この計測結果を膀胱頸部硬化症モデルに当てはめ、連成解析を行い、これまでの手法との差を検証する。この差が責任病変の同定に影響しない場合は、従来法を用いての尿道フォーカルセラピー支援システム構築を図る。
また内視鏡画像と超音波診断画像との整合性を確認するために、光学的トラッキング計測システムを搭載したエコープローブと内視鏡を準備し、水槽内に設置したパイプを用いて両画像の対応点を抽出する手法を開発する。さらにブタの尿道で超音波画像と内視鏡画像から作成する仮想尿道画像との比較を行い、内視鏡画像処理システムの精度向上を図る。
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| Causes of Carryover |
動物実験を計画していたが、機器および準備状況の齟齬により年度をまたいで延期することになったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
昨年度に計画していた動物実験のための、動物購入費（約10万円）および処理費用に充当する予定です。
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Research Products
(8 results)
