高速臓器幾何計測による術中腹腔鏡下データヒュージョンと小型手術ロボットシステム

• 研究課題/領域番号: 14750190
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 東京慈恵会医科大学
• 研究代表者: 林部 充宏 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助手 (40338934)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2003年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2002年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
• キーワード: 内視鏡下手術 / 手術ナビゲータ / 3次元形状計測 / 干渉警告 / 手術ロボット / 半導体レーザ / 高速度カメラ

研究概要

本年度は腹腔鏡画像に対して腹腔内の3次元幾何を反映した情報をData Fusion表示することで,術者に対して病巣までのナヒゲーション機能を提供するシステムを開発した.ブタを用いた実験により本システムの有効性を確認した.実験の1週間前にあらかじめ腹部のCTを血管系を造影した状態で撮影し,術前臓器モデルの作製を行った.実験時には術中の臓器形状に基づき,術前の臓器モデルをレジストレーションすることで腹腔鏡画像上に血菅系等をナビゲーション表示することができた.また本システムでは高速画像処理により1秒間あたり6フレームで形状を更新可能であるため,呼吸による臓器の移動に追従して変化する内部構造の重畳表示を行うことができた.
また高速度カメラを用いたシステム以外に本年度はPCプロジェクタとDVカメラを用いて術中での生体変形を計測する手法を開発した.対象となる生体に対しPCプロジェクタによりマルチスリットパターンを投影し,キャリブレーションされた2台のデジタルビデオカメラにより同期撮影して形状情報を得る.カラー元画像との対応関係によりテクスチャ座標を算出し,術野ビデオ画像からテクスチャマッピングを行った.3Dサーフェスデータとテクスチャのレンダリングによりリアルタイムに術野3Dマップを可視化する機能を持たせた.開腹手術のような環境であれば汎用のデジタルビデオカメラを用いて安価で簡便なシステムで生体の変形を計測可能なことが確認できた.
小型手術ロボットに関しては内視鏡の先端部レンズの左右に装備した鉗子を先端に持つアームを装備したワイヤ駆動方式内視鏡ロボットを設計した.摘出臓器を用いた実験により,左右のロボットアームの動作範囲,発生トルクの計測を行い,実際の手術が可能であるかの基礎的検討を行った.次に機能的な検証に伴う改良の後,ブタを用いた動物実験により胃の粘膜層切除術等を行うことができた.

研究成果

• [文献書誌] 林部充宏, 鈴木直樹, 服部麻木, 鈴木薫之, 大竹義人, 小林進, 橋爪誠: "内視鏡手術,ロボット手術のためのナビゲーション機能の開発"日本医用画像工学会(JAMIT)誌. 22・2(印刷中). (2004)
• [文献書誌] 林部充宏, 鈴木直樹, 服部麻木: "Virtual Realityと外科"医学のあゆみ. 205・9. 627-631 (2003)
• [文献書誌] 林部充宏, 鈴木直樹, 服部麻木, 鈴木薫之, 大竹義人, 中田典夫, 小林進, 中村仁彦: "PCプロジェクタとDVカメラを用いた術中での生体変形計測法の開発"第12回日本コンピュータ外科学会大会論文集. 161-162 (2003)
• [文献書誌] M.Hayashibe, N.Suzuki, A.Hattori, Y.Nakamura: "Surgical Safety Management Using Intraoperative 3D Map Acquisition And Robot Motion Tracking"World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2003. 55 (2003)
• [文献書誌] N.Suzuki, M.Hayashibe, S.Suzuki, Y.Otake, A.Hattori, E.Murakami, K.Sumiyama, K.Ikeda, H.Tajiri: "Dual Manipukator Endoscopic Robotic System for Intraluminar Gastrointestinal Surgery"World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2003. 114 (2003)
• [文献書誌] 林部 充宏, 鈴木 直樹, 中村 仁彦: "腹腔鏡下における変形する臓器表面の高速3次元形状復元"第41回日本ME学会大会. 23-08 (2002)
• [文献書誌] Mitsuhiro Hayashibe, Naoki Suzuki, Asaki Hattori, Yoshihiko Nakamura: "Intraoperative Fast 3D Shape Recovery of Abdominal Organs in Laparoscopy"Proceedings of Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention 2002. 356-363 (2002)
• [文献書誌] 林部 充宏, 鈴木 直樹, 服部 麻木, 中村 仁彦: "リアルタイム三次元形状復元とテクスチャマッピング機能をもつレーザスキャン内視鏡システム"第11回日本コンピュータ外科学会大会論文集. 35-36 (2002)
• [文献書誌] Mitsuhiro Hayashibe, Naoki Suzuki, Yoshihiko Nakamura, Asaki Hattori: "Real-time 3D Deformation Imaging of Abdominal Organs in Laparoscopy"Medicine Meets Virtual Reality 11, IOS Press. 117-123 (2003)