| 研究課題/領域番号 |
22K09374
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分56020:整形外科学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
山本 美知郎 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (90528829)
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| 研究分担者 |
横田 秀夫 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, チームリーダー (00261206)
建部 将広 名古屋大学, 医学系研究科, 特任准教授 (60420379)
大山 慎太郎 名古屋大学, 未来社会創造機構, 准教授 (80768797)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | Augmented reality / 肘関節鏡 / 末梢神経 / motion tracking |
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| 研究開始時の研究の概要 |
関節鏡手術は整形外科の標準的治療となっている。近年ではモニターの画質が改善し機器の小径化も進み視認性や操作性は向上しているが、今なお医原性神経損傷が発生している。我々が開発しているAugmented realityを用いた次世代型肘関節鏡手術システムを用いることで、術者は関節鏡単独では視認困難な神経の位置情報を術中に得ることが可能になる。肘関節鏡ARにおいて重要な課題として術中リアルタイムでの重畳表示精度の検証がある。
肘関節鏡ARに超音波内視鏡を併用することで、ARによる重畳表示の術中誤差を計測し補正することが可能になる。今研究により超音波関節鏡を用いた関節鏡ARシステムを開発する。
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| 研究実績の概要 |
肘関節周囲を走行する正中神経、尺骨神経、橈骨神経と骨の情報を関節鏡画像に重畳表示するAugmented reality (AR)を臨床例に対して行った。リアルタイムに重畳表示するために位置追跡装置であるMicronTrackerの双眼カメラが必要であるが、このシステムでは高頻度に関節鏡に取り付けたマーカーを認識しないことが判明した。そのため、名古屋大学医学部附属病院手術室にAcuity社から購入したOptitrackのmotion tracking systemを用いてマーカーをシームレスに追跡可能であるかの実験を行った。Optitrackのカメラ6台を手術室に取り付けて実験を行い、死角無しに位置情報を得ることが可能であった。
Motion tracking systemの変更に伴い、ARのプログラムを修正した。ソフトウエアRhinocerosを用いてOverlayしているが、重畳表示誤差の調整と関節鏡の魚眼レンズによる辺縁の歪みの補正に取り組んでいる。結論としてキャリブレーションパターンから推定して補正する手法を取り入れる予定である。
現在開発中の肘関節鏡ARにおいては個々の患者での術前CTとMRI画像から神経と骨の情報を抽出している。今後、多くの症例に対応するために、肘関節周辺を走行する神経の3次元解剖のvariationを調査している。仮説としては骨の形態とサイズによって神経の走行は規定され、誤差が1cm以内と考えている。もしそうであれば、個々の患者のデータから神経と骨の情報を抽出せずに、予めストックされた肘関節周辺の神経の3次元情報を重畳表示することで、実際の臨床において簡便にARを使用することが可能になると考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
肘関節鏡ARについては概ね順調に開発が進んでいる。新たに導入したOptitrackのmotion tracking systemで使用するマーカーが滅菌により変質が生じたため、滅菌可能で代替できるマーカーを探して見つけることができている。マーカーを関節鏡に取り付けるためのデバイスも制作している。令和5年度中に臨床例でのAR肘関節鏡の完遂例が出る見込みである。その結果、AR肘関節鏡の有用性が明らかになる。
進捗が遅れているのは超音波関節鏡の導入である。共同研究先からのプロトタイプの制作が進んでいないため、ドライおよびウエットラボでの実験がまだ行っていない。引き続き共同研究先に進捗を依頼しているところである。
超音波関節鏡ではないが、術中にエコープローベを滅菌ドレープでカバーして術野で使用することは可能である。重畳表示した神経の走行と術中エコーでの精度検証は可能であるため、術中エコーを用いて超音波関節鏡を代替する。
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| 今後の研究の推進方策 |
臨床例での肘関節鏡ARを導入して、case seriesとして報告する予定である。同時進行している肘関節周囲を走行する神経の3次元解剖を統計学的に解析し、神経の走行の誤差範囲を検討する。肘関節鏡ARでは位置合わせを行うが重畳表示誤差が2mm弱は発生する。肘関節周囲を走行している神経の3次元解剖の誤差が数mm程度であれば、神経の3次元情報をストックしておき患者の体型に合わせて重畳表示するシステムを開発する。このシステムの導入により術前に患者画像から神経と骨の情報の抽出作業が不要になる。この場合も重畳表示した神経の走行と実際の神経の走行の誤差は術中エコーを用いて検証する。
名大病院で撮影した肘関節のCTとMRI画像から神経の3次元情報のストックを作成する。さらに、もう一つの仮説として、骨の形態によって神経の3次元位置は規定されると考えている。つまり骨の3次元形態による神経の3次元情報を機械学習により、骨の形態が決まれば神経の3次元情報もAIで得られる新たな研究を計画している。
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