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計算解剖モデルを利用した実時間有限要素解析による次世代低侵襲手術シミュレータ

公募研究

研究領域医用画像に基づく計算解剖学の創成と診断・治療支援の高度化
研究課題/領域番号 22103511
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関九州大学

研究代表者

諸岡 健一  九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (80323806)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2011年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2010年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワード臓器変形シミュレーション / 内視鏡手術 / 有限要素解析
研究概要

申請者は,これまで実時間で有限要素解析によって内部組織の変形を推定するシステムneuroFEMの研究を進めきた.この研究では,1つの鉗子で肝臓表面を扱うことを前提として,その操作によって起こり得る変形を1つのニューラルネットワーク(以後,NN)で推定する.肝臓は塊と大まかに捉えるとすると,胃は階層状に並ぶ薄膜の集合体であるため,胃全体の大局的動きと手技による局所変形の両方を再現する必要がある.また,切開や切除により,その操作前後の胃の構造,つまり組織モデルの構造が変わる.このような問題を解決するために,平成23年度では,平成23年度で構築した,胃ESDの手技で生じる組織変形を実時間有限要素解析によって再現するシステムを拡張した.
具体的には,まず,粘膜切除前後における胃全体の変形を推定するneuroFEMを,効率的に構築する手法を開発した.neuroFEMの構築には,「ある初期条件とそれにより変形した胃モデル」という学習データが多数必要であるが,一方学習データの増加に伴い,1つのNN学習できない可能性が高い.そこで,予備実験を通して,大規模データセットから,1つのNNが学習可能なサブデータセットを自動的に選択する手法を開発した.これにより,学習精度が保証されるだけでなく,学習時間の短縮も可能となった.
また,胃の内壁にある腫瘍の位置を任意に設定することによって,様々な症例での手術シミュレーションが可能となる.そこで,胃全体の変形をneuroFEMで,腫瘍およびその周囲の組織の変形をバネ-質点モデルを用いるハイブリッドな変形推定システムを構築した.

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 学会発表 (5件) 備考 (2件)

  • [学会発表] Minimally Invasive Surgery Simulator by Real-Time FEM Analysis Using Computational Anatomy Model : Progress Overview FY20112012

    • 著者名/発表者名
      Ken'ich Morooka, et al
    • 学会等名
      第3回「計算解剖学」国際シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学(福岡市)
    • 年月日
      2012-03-03
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A method for constructing real-time FEM-based simulator of stomach behavior with large-scale deformation by neural networks2012

    • 著者名/発表者名
      Ken'ich Morooka, et al
    • 学会等名
      SPIE Medical Imaging 2012
    • 発表場所
      San Diego, U.S.
    • 年月日
      2012-02-05
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 胃変形シミュレータ構築のためのk-means法を用いた大規模変形データセットの分割2011

    • 著者名/発表者名
      田口智之, 諸岡健一, 他
    • 学会等名
      The 7th Joint Workshop on Machine Perception and Robotics
    • 発表場所
      慶応義塾大学(横浜市)
    • 年月日
      2011-11-22
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Real-time FEM-based Simulator for Stomach Deformation by Using Multiple Neural Networks2011

    • 著者名/発表者名
      Ken'ich Morooka, et al
    • 学会等名
      The 7th Joint Workshop on Machine Perception and Robotics
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2011-10-14
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Minimally Invasive Surgery Simulator by Real-Time FEM Analysis Using Computational Anatomy Model : Progress Overview FY20102011

    • 著者名/発表者名
      Ken'ich Morooka, et al.
    • 学会等名
      The Second International Symposium on the Project Computational Anatomy 2011
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知)
    • 年月日
      2011-03-06
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://fortune.ait.kyushu-u.ac.jp/~morooka/index-j.html

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://fortune.ait.kyushu-u.ac.jp/~morooka/index-j.html

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2010-08-23   更新日: 2018-03-28  

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