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計算解剖学モデルを応用したナビゲーション誘導下腹腔鏡下手術の自動工程分析・評価法

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 24103704
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
研究機関千葉大学

研究代表者

中村 亮一  千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (30366356)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2012年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード手術ナビゲーション / 手術工程解析 / 技能評価 / 医用画像処理 / 内視鏡下手術 / クラスタリング / 統計分析 / 手術分析・評価 / 手術ワークフロー解析 / 内視鏡外科学
研究概要

今年度は計算解剖学モデルと術具ナビゲーションログ情報を用いた手術工程・技能分析アルゴリズムの検討として,①手術技能を定量的に評価する術者スキルレベルの推定と,②手術工程評価のための手術プロセスモデルの構築と評価について研究を実施した.今年度も内視鏡下手術で最も一般的である胆嚢摘出術を基本対象とし,ファントムと内視鏡トレーニングボックスを用いた模擬的腹腔鏡下胆嚢摘出術25例のデータを用いて研究を実施した.昨年度までに開発した術具位置ログと工程分析用臓器モデルとの干渉解析により手術作業のステージを同定し,各ステージでの鉗子作業の定量解析指標(各工程の作業時間,作業進捗度,術具先端移動速度,ログ分布近似楕円面積,ログ分布近似楕円重畳率,ログデータの分布密度)を自動抽出するアルゴリズムをベースに,以下の開発評価を行った.
①技能評価:上記の定量解析指標を用い,重回帰分析を利用して各作業工程の作業特性に応じて各解析指標が技能レベルに与える影響度を算出した.その結果を用いて各解析指標からその影響度を加味して最終的な定量的技能レベル値を算出する回帰モデルを開発した.
②工程評価:手術ワークフロー解析の基礎として手術プロセスモデルを構築・比較する手法を構築した.手術ナビゲーション情報から取得した術具先端の通過領域 a,作業進捗度 p,術具先端速度 v,術具種類 i のパラメータを用いて手術中の一連のアクティビティの配列となる手術プロセスモデルを定義し,配列アラインメントを応用して手術プロセスモデルを整列・比較した.その結果.手術プロセスモデルは作業工程中の作業動向を忠実に表していることが示唆された.

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 4件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Surgical task analysis of simulated laparoscopic cholecystectomy with a navigation system2014

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Sugino, Hiroshi Kawahira, Ryoichi Nakamura
    • 雑誌名

      International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery

      巻: OnlineFirst 号: 5 ページ: 825-836

    • DOI

      10.1007/s11548-013-0974-8

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surgical workflow analysis during laparoscopic cholecystectomy using surgical navigation system as a record medium2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sugino, H. Kawahira, R. Nakamura
    • 雑誌名

      Int J of CARS

      巻: 8(Supplement) 号: S1 ページ: 173-174

    • DOI

      10.1007/s11548-013-0866-y

    • NAID

      10031120396

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [雑誌論文] Surgical Navigation with Distance Sensation Using Force Feedback for Robotic Surgery2013

    • 著者名/発表者名
      Marina Kobayashi
    • 雑誌名

      Journal of Medical Imaging and Helthcare Informatics

      巻: 3 ページ: 120-124

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automatic surgical workflow estimation method for brain tumor resection using surgical navigation information2012

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Nakamura
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 24 ページ: 791-801

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 手術ナビゲーションシステムにおける「近接覚」提示誘導法の提案と評価2012

    • 著者名/発表者名
      中村亮一
    • 雑誌名

      日本コンピュータ外科学会誌

      巻: 14 ページ: 63-69

    • NAID

      10031026043

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 術具一記録を用いた手術ナビゲーションシステムの効用・影響に対する客観的評価手法の開発2013

    • 著者名/発表者名
      本多有芽
    • 学会等名
      日本生体医工学会専門別研究会 第5回医療機器に関するレギュラトリーサイエンス研究会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2013-03-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Medical Image Processing for Intuitive Navigation and Surgical Workflow Analysis2013

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Nakamura
    • 学会等名
      ICC Chiba Color Experts' day 2013
    • 発表場所
      Chiba
    • 年月日
      2013-02-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantitative Surgical Workflow Analysis and Evaluation of Laparoscopic Surgery Using Surgical Navigation System2013

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Sugino, Ryoichi Nakamura
    • 学会等名
      The 9th Asian Conference on Computer Aided Surgery (ACCAS2013)
    • 発表場所
      Tokyo
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Surgical workflow analysis during laparoscopic cholecystectomy using surgical navigation system as a record medium2013

    • 著者名/発表者名
      T. Sugino, H. Kawahira, R. Nakamura
    • 学会等名
      27th International Congress on Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2013)
    • 発表場所
      Heidelberg, Germany
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ナビゲーション装置を応用した内視鏡下手術の手術工程解析による定量的作業評価手法の開発2013

    • 著者名/発表者名
      杉野貴明,川平洋,中村亮一
    • 学会等名
      第26回日本内視鏡外科学会総会
    • 発表場所
      福岡
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 子宮内及び等張液充填環境における革新的情報誘導内視鏡外科の創成 - WaFLES技術による高速3Dリアルタイムナビゲーションと手術工程分析 -2012

    • 著者名/発表者名
      中村亮一
    • 学会等名
      オーガナイズドセッション「実学としての医工融合研究と医工ものづくりシステム」,第13回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会(SI2012)
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2012-12-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Wafles環境とナビゲーション技術による次世代情報誘導内視鏡下手術への挑戦2012

    • 著者名/発表者名
      中村亮一
    • 学会等名
      第25回日本内視鏡外科学会総会 特別ワークショップ「手術ナビゲーションはどこまで進化したか?」
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2012-12-08
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 手術ナビゲーションを作業記録装置として利用した腹腔鏡下胆嚢摘出術の手術工程解析法の提案と評価2012

    • 著者名/発表者名
      杉野貴明
    • 学会等名
      第25回日本内視鏡外科学会総会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2012-12-06
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 匠の技の定量化:ナビゲーション医療機器の手術環境評価への可能性2012

    • 著者名/発表者名
      中村亮一
    • 学会等名
      第21回日本コンピュータ外科学会 シンポジウム「匠の技と先端技術の融合-医工連携の問題点-」
    • 発表場所
      徳島
    • 年月日
      2012-11-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 手術ナビゲーションシステムを記録媒体として用いた腹腔鏡下胆嚢摘出術の工程解析法2012

    • 著者名/発表者名
      杉野貴明
    • 学会等名
      第21回日本コンピュータ外科学会
    • 発表場所
      徳島
    • 年月日
      2012-11-02
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of surgical navigation system with “distance sensation” for laparoscopic surgery2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Honda
    • 学会等名
      26th International Congress on Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2012)
    • 発表場所
      Pisa, Italy
    • 年月日
      2012-06-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Navigation-based intuitive guidance and analysys for robotics in minimally invasive surgery2012

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Nakamura
    • 学会等名
      Workshop on Future trends on Medical Robotics, IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob2012)
    • 発表場所
      Rome, Italy
    • 年月日
      2012-06-24
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of the Surgical Workflow during Laparoscopic Cholecystectomy using Surgical Navigation Information2012

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Sugino
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Computer Aided Surgery
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2012-05-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Method for End Time Prediction of Brain Tumor Resections Using Analysis of Surgical Navigation Information and Tumor Size Characteristics2012

    • 著者名/発表者名
      R. Nakamura
    • 学会等名
      2012 the World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering (WC2012)
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2012-05-26
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 手術ナビゲーション情報を用いた手術手技・環境の自動計測・分析・予測手法の開発2012

    • 著者名/発表者名
      中村亮一
    • 学会等名
      第51回日本生体医工学会大会 シンポジウム「低侵襲治療技術・生活支援技術とコンピュータ支援技術の現状と将来」
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2012-05-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ナビゲーション情報を利用した手術工程解析:腹腔鏡下胆嚢摘出術への応用2012

    • 著者名/発表者名
      杉野貴明
    • 学会等名
      第51回日本生体医工学会大会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2012-05-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 内視鏡下手術における情報の可視化・分析法と高機能術具の開発

    • 著者名/発表者名
      中村亮一
    • 学会等名
      第1回テニュアトラック教員による創発型シンポジウム -異分野交流による次世代技術/学術領域の創成を目指して-
    • 発表場所
      九州工業大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 手術情報収集と術式工程解析・進捗情報分析

    • URL

      http://www.tms.chiba-u.jp/̃nakamura/surg_info/proc_analy.htm

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 計算解剖学モデルを応用したナビゲーション誘導下腹腔鏡下手術の自動工程分析・評価

    • URL

      http://goo.gl/i0ycRv

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考] 手術情報収集と術式工程解析・進捗情報分析

    • URL

      http://www.tms.chiba-u.jp/~nakamura/surg_info/proc_analy.htm

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [産業財産権] 手術工程解析プログラム2013

    • 発明者名
      中村亮一,杉野貴明
    • 権利者名
      中村亮一,杉野貴明
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2013-017956
    • 出願年月日
      2013-01-31
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

URL: 

公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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