Development of a Distance Learning System for Prosthodontics that Combines Naked-Eye Stereoscopic Vision and Tactile Reproduction
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22K10065
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 57050:Prosthodontics-related
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| Research Institution | Kanagawa Dental College |
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Principal Investigator |
板宮 朋基 神奈川歯科大学, 歯学部, 教授 (60583896)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木本 克彦 神奈川歯科大学, 歯学部, 教授 (70205011)
中野 亜希人 神奈川歯科大学, 歯学部, 講師 (80967662)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 歯科補綴学 / 裸眼立体視 / 触覚 / 歯科 / 支台歯形成 / バーチャル / 歯学教育 / 空間再現ディスプレイ / バーチャル実習 / 空間再現 / 遠隔実習 / 拡張現実 |
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| Outline of Research at the Start |
バーチャルリアリティ(VR)や拡張現実(AR)を活用した医歯学教育の従来の取り組みではヘッドマウンティッドディスプレイ(HMD)やスマートグラスなどの装着が必須であり、衛生管理や長時間利用による眼の疲労などの課題がある。本研究では、デバイスの装着を一切必要とせず、手元の位置に配置した3D-CGモデルを裸眼で精確に立体視できる空間再現技術と、反力の再現が可能な触覚再現技術を併用した新たな歯科補綴学の遠隔実習手法を開発する。新型コロナウイルス感染症拡大下の状況で実習を従来通り実施することは当面困難な状況であるため、学生が自宅において実習室と同等以上の学修効果を得られる遠隔歯科補綴学実習を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
バーチャルリアリティ(VR)や拡張現実(AR)を活用した医歯学教育の従来の取り組みでは、ヘッドマウンティッドディスプレイ(HMD)やスマートグラスなどの装着が必須であり、衛生管理や長時間利用による眼の疲労などの課題がある。現状のHMDやスマートグラスでは、表示した3D-CGモデルの立体感・奥行感を装着者が精確に把握するためには、装着者の瞳孔間距離の測定と設定が必要であり、実習での日常的な利用に課題が残る。本研究では、デバイスの装着を一切必要とせず、手元の位置に配置した3D-CGモデルを裸眼で精確に立体視できる空間再現技術と、反力の再現が可能な触覚再現技術を併用した新たな歯科補綴学の遠隔実習手法を開発する。本計画立案時は新型コロナウイルス感染症拡大下の状況で実習を従来通り実施することは当面困難な状況であったため、学生が自宅において実習室と同等以上の学修効果を得られる遠隔歯科補綴学実習を実現することを目的にした。現在は対面での実習が可能になったが、今後新たな感染症等拡大の状況を想定し、当初の計画通り進めている。
2年目である2023年度は以下の3点を実現することができた。1)実際の歯のCTデータから3DCGモデルを作成し、ボクセル化することによりリアルタイムな切削表現を実現できた。2)実際の手指の動作認識と反力の再現が可能な触覚再現デバイスを利用した歯の3DCGモデルのリアルタイム切削シミュレーターの試作を実現できた。3)支台歯形成実習に応用するため、利用者の切削量と模範切削量の差分を自動計算し採点するシステムを実現できた。また派生した成果として、2眼カメラで撮影したステレオ映像を裸眼立体視できるしくみも実現できた。
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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
本研究は以下に4つのフェーズによる。1st Phase → 裸眼立体視と手指動作認識による支台歯形成シミュレーターの開発：3D-CGで表現した口腔内の歯と手指の動作に連動した3D-CG器具先端との接触判定を行うことで歯の切削が可能になる支台歯形成シミュレーターを開発する。手指の動作を遅延なく正確に取得し、実物のようなリアルな切削表現をバーチャル環境で実現する。
2nd Phase → 手指装着型小型触覚デバイスの開発と反力提示のための制御手法の確立：通電すると伸縮する次世代ゴム素材「e-Rubber」を触覚デバイスの基として用いる。1st Phaseで開発したシミュレーターの接触判定結果を反力提示に反映させるには、e-Rubberにどのような信号を送ると反力を感じられるようになるか試行錯誤を繰り返し、明らかにする。
3rd Phase → 複数台のシミュレーターのネット接続による遠隔歯科補綴学実習の実施：1st Phaseと2nd Phaseで実現したシミュレーターをインターネット経由で複数台接続し、裸眼立体表示と操作内容および触覚が遠隔地同士で共有できるか検証を行い、支台歯形成の遠隔実習を試験運用する。転送遅延など運用上の問題点を明らかにする。
4th Phase → 学生の操作内容をデータとして取得し自動採点を実現：1st Phaseと2nd Phaseで実現したシミュレーターに操作内容記録機能を加え、データとして出力できるようにする。教員が行った際の模範データとの差分を計算することにより実習手技の自動採点システムを実現し、本システムの実用性を明らかにする。
2023年度は、2022年度に実現できた2nd,3rd Phaseに加えて、1st,4th Phaseの機能を実装することができ、複数の歯科医師による実証実験を開始できた。そのため、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、各フェーズの機能を統合し、3D-CGモデルを裸眼で精確に立体視できる空間再現技術と反力の再現が可能な触覚再現技術を併用した新たな歯科補綴学の遠隔実習手法を実現する。現在は、実際の手指の動作認識と反力の再現は、ペン型の3D System Touchを用いているが、当初計画の「e-Rubber」を併用し、反力と振動の提示を同時に行えるしくみを実現する。複数の歯科医師と学生を対象にした実証実験と評価を行い、本システムの有用性を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(23 results)
