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手術支援のための人腹腔の力学シミュレーションの高度化

研究課題

研究課題/領域番号 16H03914
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 計算科学
研究機関横浜国立大学

研究代表者

山田 貴博  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 教授 (40240022)

研究分担者 松井 和己  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (00377110)
槙山 和秀  横浜市立大学, 医学部, 准教授 (40347307)
山本 剛大  東北大学, 工学研究科, 助教 (00802860)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2018年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2016年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードバイオメカニクス / 手術支援 / 力学モデル / 人腹腔 / 生体計測 / 計算力学 / 有限要素法 / 機械学習 / 生体物性計測 / バイオメカニックス / モデル化
研究成果の概要

本研究課題では,腹腔鏡下・ロボット補助下の手術における患者個別シミュレーション・ナビゲーションシステムの基盤となる臨床応用可能な高精度かつ高速な腹腔内組織全体の力学シミュレーション技術を開発することを目的とした.本研究課題により,膜組織を考慮した幾何学モデルの生成および力学シミュレーション手法,シミュレーションで用いるための摘出直後臓器の物性値を計測手法および機械学習によるメタモデリングに基づく高速化手法についての基本的な枠組みを構築することができた.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題では,これまでほとんど例がなかった腹腔内の膜組織を考慮した腹腔内組織の幾何学的モデルの生成とそれに基づく力学シミュレーション手法を提案した.これらの研究は,腹腔鏡下・ロボット補助下の手術における患者個別シミュレーション・ナビゲーションシステムの開発の1ステップであり,今後の術者のトレーニングやリハーサルおよび術中のコンピュータシステムによる危険情報の提示などの安全な手術の施行に資する技術発展が期待される.

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2020 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 9件)

  • [雑誌論文] A quadrilateral shell element incorporating thickness‐stretch for nearly incompressible hyperelasticity2020

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Takeki、Yamada Takahiro
    • 雑誌名

      International Journal for Numerical Methods in Engineering

      巻: 121 号: 9 ページ: 2001-2032

    • DOI

      10.1002/nme.6296

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elastic buckling of cylindrical shell under pressure load evaluated on surface2019

    • 著者名/発表者名
      YAMAMOTO Takeki、YAMADA Takahiro
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Journal

      巻: 6 号: 4 ページ: 19-00113-19-00113

    • DOI

      10.1299/mej.19-00113

    • NAID

      130007690458

    • ISSN
      2187-9745
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 微圧縮超弾性体の大変形解析に対する近傍問題法2018

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 74 号: 2 ページ: I_265-I_275

    • DOI

      10.2208/jscejam.74.I_265

    • NAID

      130007583966

    • ISSN
      2185-4661
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical procedure to couple shell to solid elements by using Nitsche’s method2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Takeki, Yamada Takahiro and Matsui Kazumi
    • 雑誌名

      Computational Mechanics

      巻: 63 号: 1 ページ: 69-98

    • DOI

      10.1007/s00466-018-1585-6

    • NAID

      120006630617

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 鋼構造物を対象とした弾塑性解析への異種要素を接続したモデル化手法の適用2018

    • 著者名/発表者名
      山本 剛大, 山田 貴博, 松井 和己, 斉木 功
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 74 号: 2 ページ: I_147-I_158

    • DOI

      10.2208/jscejam.74.I_147

    • NAID

      130007584949

    • ISSN
      2185-4661
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超弾性体の大変形問題に対する圧力安定化四面体1次要素2017

    • 著者名/発表者名
      山田 貴博
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 73 号: 2 ページ: I_405-I_415

    • DOI

      10.2208/jscejam.73.I_405

    • NAID

      130006329914

    • ISSN
      2185-4661
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nitsche法を用いたシェル要素とソリッド要素の接合2017

    • 著者名/発表者名
      山本 剛大、山田 貴博、松井 和己
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 73 号: 2 ページ: I_177-I_187

    • DOI

      10.2208/jscejam.73.I_177

    • NAID

      130006329803

    • ISSN
      2185-4661
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of the performance of experienced and novice surgeons: measurement of gripping force during laparoscopic surgery performed on pigs using forceps with pressure sensors2017

    • 著者名/発表者名
      Azumi Araki, Kazuhide Makiyama, Hiroyuki Yamanaka, Daiki Ueno, Kimito Osaka, Manadu Nagasaki, Takahiro Yamada, Masahiro Yao
    • 雑誌名

      Surgical Endoscopy

      巻: 31 号: 4 ページ: 1999-2005

    • DOI

      10.1007/s00464-016-5153-x

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A quadrilateral shell element with degree of freedom to represent thickness-stretch2017

    • 著者名/発表者名
      Takeki Yamamoto, Takahiro Yamada and Kazumi Matsui
    • 雑誌名

      Computational Mechanics

      巻: 59 号: 4 ページ: 625-646

    • DOI

      10.1007/s00466-016-1364-1

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超弾性体の大変形有限要素解析への創成解の方法の適用2016

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 雑誌名

      土木学会論文集A2(応用力学)

      巻: 72 号: 2 ページ: I_277-I_284

    • DOI

      10.2208/jscejam.72.I_277

    • NAID

      130005311780

    • ISSN
      2185-4661
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 一様スプライン直交格子による体積離散化に基づく弾性膜の数値計算2019

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 学会等名
      第24回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 接触問題の近傍問題法による数値的検証2019

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 学会等名
      第24回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 非圧縮変形を考慮したシェル要素の定式化2019

    • 著者名/発表者名
      山本剛大,山田貴博,斉木 功
    • 学会等名
      第24回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Method of Nearby Problems for Contact Analysis of Solid2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada
    • 学会等名
      ASME V&V symposium 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Verification Procedure for Finite Element Analysis of Contact Problem2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada
    • 学会等名
      15th U.S. National Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Procedure for Identifying Material Parameters of Hyperelasticity by Considering Stress State in the Structure2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Iwata, Takahiro Yamada
    • 学会等名
      7th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Method of Nearby Problems for Large Deformation Analyses of Nearly Incompressible Hyperelasticity2019

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada
    • 学会等名
      7th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Numerical Procedure for Modeling of Structures with Complex Cross Section by Connecting Shell and Solid Elements2019

    • 著者名/発表者名
      Takeki Yamamoto, Takahiro Yamada, Kazumi Matsui
    • 学会等名
      7th Asian Pacific Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 一様スプライン直交格子による弾性膜の大変形解析2019

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 学会等名
      第65回理論応用力学講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 体積離散化に基づく弾性膜の大変形解析2018

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 学会等名
      第31回計算力学講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Method of Manufactured Solutions in Large Deformation Problems of Hyperelasticity2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada
    • 学会等名
      13th World Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Method of Nearby Problems for Large Deformation Analyses of Hyperelasticity2018

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Yamada
    • 学会等名
      ASME V&V symposium 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Frictionless Contact Analysis in Finite Cover Method Using Nitsches Method2018

    • 著者名/発表者名
      Makoto Tsukino, Takahiro Yamada
    • 学会等名
      13th World Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 直交格子を用いた膜の大変形解析2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷卓大, 山田貴博
    • 学会等名
      第23回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ALE有限要素法に基づく棒要素とソリッド要素の摩擦無し接触解析2018

    • 著者名/発表者名
      山田貴博, 小市萌子
    • 学会等名
      第23回計算工学講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Method of Manufactured Solution for Large Deformation Problem of Hyperelasticity2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada
    • 学会等名
      ASME Verification and Validation Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Method of Manufactured Solution for Large Deformation Finite Element Analysis of Hyperelasticity2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada
    • 学会等名
      14th U.S. National Congress on Computational Mechanics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Verification of Pressure Stabilized Tetrahedral Element for Hyperelasticity by Method of Manufactured Solutions2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada
    • 学会等名
      The 2nd International Conference on Computational Engineering and Sciences for Safety and Environmental Problems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 微圧縮超弾性体大変形問題に対する創成解について2017

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 学会等名
      2017年度応用数理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 微圧縮超弾性体に対する近傍問題法2017

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 学会等名
      第30回計算力学講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 創成解による大変形問題に対する有限要素近似の検証2016

    • 著者名/発表者名
      山田貴博
    • 学会等名
      日本応用数理学会2016年度年会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 臓器の材料定数同定のための 3 次元形状計測2016

    • 著者名/発表者名
      角田健也, 山田貴博, 荒木あずみ, 長坂学, 槙山和秀, 窪田吉信
    • 学会等名
      第16回日本VR医学会学術大会
    • 発表場所
      横浜情報センター
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2021-02-19  

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