2014 Fiscal Year Research-status Report
疑似触覚シミュレーションと多機能画像融合顕微鏡支援ナビゲーションの開発
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26670633
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| Research Institution | Asahikawa Medical College |
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Principal Investigator |
鎌田 恭輔 旭川医科大学, 医学部, 教授 (80372374)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 文也 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (30281835)
大城 理 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90252832)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 脳機能解析 / リアルタイム解析 / 脳血流解析 / force feedback |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳幹部近傍病変の手術には、狭い手術野内で重要構造物の位置関係把握と精密かつ、愛護的な操作が必要である。より安全な脳幹近傍部病変の手術のためforce feedbackを伴う詳細な手術シミュレーションとシミュレーション画像とリンクしたニューロナビゲーション装置を開発する。32チャンネル3TMRIを導入し、高い信号・雑音比の脳神経画像、拡散強調画像、機能MRI検査を可能とした。顕微鏡搭載したワイヤレスモニターに電気生理モニタリング、ナビゲーションの結果を投影可能とした。さらに解剖学的背景が観察できない術中蛍光画像を画像融合装置を用いることで、自然光＋蛍光画像をリアルタイムに融合してワイヤレスモニタ上に投影することに成功した。これにより従来の顕微鏡鏡筒内の盲目的な操作から、両情報を考慮しながら手術が行えるようになった。また、術中蛍光画像による脳血流解析では平均通過時間、脳血流量、脳血液量、血流速度などのカラーマップ作成、さらにその血流情報を脳表三次元MRIに重畳できるようにした。本ソフトウエアは国内特許、国際特許申請中である。次に画像を有限要素法を用いて解析して脳組織の硬度、弾性を入力するソフトウエアを開発している。ロボットアームとその指先に触覚、温覚センサーを融合し、人工触覚システムを構築中である。
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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
脳機能解析、脳血流解析ソフトウエアの開発、さらに小型モニターへの表示は予定以上に進行している。その一方でのフォースフィードバックシステムの構築を本年度のメインテーマとする。このためにはロボットアームの操作に加え、さらに感覚フィードバック装置を搭載する。感覚フィードバック装置のコントロールと生体へのフィードバック方法を確立する。
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| Strategy for Future Research Activity |
ロボットアームはコンピュータによりコントロールができるようになっている。その一方で、触覚を含む感覚情報を検出、さらに感覚フィードバック装置を併用する。高精細画像融合によるシミュレーション画像作成はRealIntage(日本), Avizo(米）を用いて行う。融合画像はSTLフォーマットに変換して、ポリゴン化と立体視可能モニター上での脳組織の歪みシミュレーションを行う。ファントムによる歪み検証と神経線維、血管、静脈を描出する至適撮像条件の設定を行う。モニター上の脳組織への模擬弾性値を設定し、画面を操作するforce feedbackデバイスへの感覚フィードバック機能を作成する(次ページに本研究の流れを示す)。また通常の倍のピクセル密度をもつ特殊モニター(立体視ディスプレイ)と偏光メガネにより立体的、かつ精巧な術野と、頭蓋内構造物操作への力学的抵抗を感じるVR手術が可能となる。複数のWebカメラによるComputer Vision、モーションキャプチャ、赤外線トラッキング装置とレーザー距離計を合わせることで、顕微鏡位置、各種デバイス、肢位の認識、位置座標登録を行う (VR手術と解剖学的ナビゲーションの確立)。
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| Causes of Carryover |
リアルタイム脳機能、脳血流解析ソフトウエアの開発、およびその国内。国際特許取得へむけた取り組みが中心になっていた。また、顕微鏡会社との国際特許の販売契約なども交渉中である。しかし、本年度はforce feedbackシステム構築を中心に行う。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
BIoTeck社の人工触覚システムを購入する。ロボットアームの指先先端に人工感覚装置を装着し、検出した感覚情報を電気信号に変換して感覚、脳表などへの信号フィードバックの至適条件を選択、調整する。このフィードバックを確立することが本研究のもっとも重要なプロセスである。
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Research Products
(35 results)
