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医師の触診教育・手術手技訓練を目的とした心臓手術シミュレーション開発

研究課題

研究課題/領域番号 13680932
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関滋賀医科大学

研究代表者

小森 優  滋賀医科大学, 医学部, 教授 (80186824)

研究分担者 松田 哲也  京都大学, 大学院・情報学研究科, 教授 (00209561)
小山 博史  京都大学, 大学院・医学研究科 現・東京大学・大学院・医学研究科, 教授 (30194640)
犬伏 俊郎  滋賀医科大学, 分子神経科学研究センター, 教授 (20213142)
研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2002年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2001年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
キーワード手術シミュレーション / 仮想現実技術 / haptics / 有限要素法 / 触診シミュレーション
研究概要

本研究においては心臓外科手術に関連する各種の手技を対象に、仮想現実技術を用いた触感を伴うシミュレーション手法を開発した。これらは開心術、内視鏡下手術のいずれか、あるいはいずれでも用いられる手技を対象としている。現時点までに開発されたものは、術野へのアプローチ、触診、組織間の干渉のシミュレータと病変部位の力学モデルの作成である。
術野へのアプローチとして、まず切開のシミュレーションを行った。ここでは、体表組織の力学モデルとしてバネ質点モデルを適用して、皮膚張力の質感と切開時の動作を表現した(業績リスト5,9)。さらに、開創器での開創シミュレーション(業績リスト12)を行っている。
触診シミュレーションの対象として、開胸手術中に行う大動脈血管触診を取り上げた。MRIで測定した3次元像を基に、血管形状を形成する4面体群からなる有限要素モデルに血管内圧の実測値を外力として加えることで、拍動する大動脈血管を力学モデルを再現した。
触診動作は2指による「つまみ」動作とし、有限要素モデルにBro-Nielsenらのcondensation法に基づく前処理を施すことによって、実時間でリアリスティックな弾性反応を表現できるようにした。このモデルでは各々の4面体要素が持つ弾性特性を変化させることで、組織の硬化病変を表すことができる。
シミュレータの評価実験として3名の心臓外科医による主観評価実験を行い、種々の硬化病変モデルや不整脈モデルに対して良好な再現性が得られていることがわかった。
次に医学生を対象に臨床実習の一部にシミュレータによる触診手技の実習を導入し、その教育効果を評価した。この評価実験では、正常大動脈と部分的な硬化病変を持つ大動脈等をモデリングし、正常大動脈の硬さを答えさせるものである。学生を、献体での蝕感の体験のみの群、口頭での教示を加えた群、本システムによる教示を加えた群の3群に分け、種々の硬さのモデルに対して、正常大動脈の硬さが指示できるかを調べた。その結果、シミュレーションを受けた群の認識率が他の2群に較べ著しく良好であり、その教育効果と触感に対する訓練の有効性が証明された。

報告書

(3件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] M.Nakao, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Haptic Reproduction and Real Time Visualization of a Beating Heart for Cardiovascular Surgery Simulation"International Journal of Medical Informatics. 68. 153-161 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kuroda, M.Nakao, M.Komori, et al.: "An Interaction Model between Multiple Deformable Objects for Realistic Haptic Force Feedback in Surgical Simulations"Computer Assisted Radiology and Surgery. 55-59 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakao, T.Kuroda, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Planning and Training of Minimally Invasive Surgery by Integrating Soft Tissue Cuts with Surgical Views Reproduction"Computer Assisted Radiology and Surgery. 13-18 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 山本 恭弘, 中尾 恵, 黒田 知宏, 小山 博史, 小森 優, 他: "心臓血管外科における拍動を伴う大動脈触診シミュレーションシステム"電気学会論文誌誌E. 123. 85-92 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 中尾 恵, 小山 博史, 小森 優, 他: "心臓手術シミュレーションに要する心拍動の視覚及び力覚提示に関する研究"日本バーチャルリアリティ学会論文誌. 17. 413-420 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 中尾 恵, 黒田 知宏, 小山 博史, 小森 優, 他: "適応型物理モデルを用いた手術アプローチ検討支援システム"VR医学. 1. 49-57 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakao, T.Kuroda, H.Oyama, M.Komori et al.: "Medical Imaging and Computer-Assisted Intervention-MICCAI 2002 Combining Volumetric Soft Tissue Cuts for Interventional Surgery Simulation"T.Dohi, R.Kikinis (Eds) Springer. 693 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakao, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Haptic Reproduction and Real Time Visualization of a Beating Heart for Cardiovascular Surgery Simulation"International Journal of Medical Informatics. Vol.68. 153-161 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kuroda, M.Nakao, M.Komori, et al.: "An Interaction Model between Multiple Deformable Objects for Realistic Haptic Froce Feedback in Surgical Simulations"Computer Assisted Radiology and Surgery. 55-59 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakao, T.Kuroda, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Planning and Training of Minimally Invasive Surgery by Integrating Soft Tissue Cuts with Surgical Views Reproduction"Computer Assisted Radiology and Surgery. 13-18 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakao, T.Kuroda, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Decision Support System of Surgical Approachs with an Adaptive Physics-Based Model"The Japanese Journal of Medical Virtual Reality. Vol.1. 49-57 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakao, Y.Yamamoto, T.Kuroda, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Virtual Reality Based Simulation for Cardiovascular Surgery"Japan Journal of Medical Informatics. Vol.21. 315-323 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakao, T.Kuroda, H.Oyama, M.Komori, et al., T.Dohi, R.Kikinis(Eds): "Combining Volumetric Soft Tissue Cuts for Interventional Surgery Simulation, Medical Imaging and Computer-Assisted Intervention-MICCAI 2002"Springer. 178-185 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Megumi Nakao, Masaru Komori, Hiroshi Oyama, Tetsuya Matsuda, et al., V.Patel et al.(Eds): "Haptic Reproduction and Interactive Visulaization of a Beating Heart Based on Cardiac Morphology, MEDINFO2001"IOS Press. 924-928 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Mikio Suga, Tetsuya Matsuda, Kotaro Minato, Masaru Komori, et al., V.Patel et al.(Eds): "Measurement of In-vivo Local Shear Modulus by Combining Multiple Phase Offsets MR Elastography, MEDINFO2001"IOS Press. 933-937 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Nakao, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Haptic Reproduction and Real Time Visualization of a Beating heart for Cardiovascular Surgery Simulation"International Journal of Medical Informatics. 68. 153-161 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Kuroda, M.Nakao, M.Komori, et al.: "An Interaction Model between Multiple Deformable Objects for Realistic Haptic Force Feedback in Surgical Simulations"Computer Assisted Radiology and Surgery. 55-59 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Nakao, T.Kuroda, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Planning and Training of Minimally Invasive Surgery by Integrating Soft Tissue Cuts with Surgical Views Reproduction"Computer Assisted Radiology and Surgery. 13-18 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Nakao, T.Kuroda, H.Oyama, M.Komori, et al.: "Combining Volumetric Soft Tissue Cuts for Interventional Surgery Simulation"Proc. MICCAI. 178-185 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 中尾 恵, 小山 博史, 小森 優, 他: "心臓手術シミュレーションに要する心拍動の視覚及び力覚提示に関する研究"日本バーチャルリアリティ学会論文誌. 17. 413-420 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 中尾 恵, 黒田 知宏, 小山 博史, 小森 優, 他: "適応型物理モデルを用いた手術アプローチ検討支援システム"VR医学. 1. 49-57 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Megumi Nakao, Masaru Komori, Hiroshi Oyama, et al.: "Haptic Reproduction and Interactive Visualization of a Beating Heart Based on Cardiac Morphology"MEDINFO2001(V.Patel et al.(Eds)Amsterdam:IOS Press). 933-937 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 中尾 恵, 小森 優, 小山博史, 他: "ActiveHeart System:心臓の視覚・触覚シミュレーション環境の提案と構築"インタラクション2001. 97-104 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Megumi Nakao, Masaru Komori, Tetsuya Matuda, et al.: "4D Visible and Palpable Simulation Using Dynamic Pressure Model Based on Cardiac Morphology"Medicine Meets Virtual Reality 2001. 362-364 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 山本恭弘, 中尾 恵, 小山博史, 他: "有限要素法を用いた心臓大動脈の触診シミュレーション"日本バーチャルリアリティ学会第6回論文集. 421-422 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 黒田嘉宏, 中尾恵, 小山博史, 他: "異なる物理モデルで構成された軟性組織におけるインタラクションのモデル化手法を用いた反力生成変形シミュレーション"日本バーチャルリアリティ学会第6回論文集. 413-416 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 中尾 恵, 小山博史, 小森 優, 他: "軟組織の形状・物理特性に基づいたリアルタイム切開シミュレーション手法と医用実測データの適用"日本バーチャルリアリティ学会第6回論文集. 417-420 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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