MRI画像下手術用マニピュレータの磁場補正制御と座標統合の研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750206
• 研究機関: 東京電機大学
• 研究代表者: 正宗 賢 東京電機大学, 理工学部, 講師 (00280933)
• キーワード: 医療用ロボット / オープンMRI / 低侵襲治療 / 手術ロボット / 画像歪補正 / レジストレーション / MR対応 / 強磁場

研究概要

本研究では、MRI下で駆動するマニピュレータの問題点である、高磁場内での位置・方向決め・位置情報の統合に関する研究を行った。具体的には、以下に示す(1)〜(3)について行い結果を得た。各々について述べる。
(1)非磁性の機構要素・アクチュエータから構成するMR対応の6自由度位置決め・穿刺マニピュレータの開発を行った。機械特性評価実験では角度誤差0.4度以下の制御を行うことが可能であった。
(2)MRI下での素材やデバイスの導入を行う際に生じる画像歪みを評価する三次元格子ファントムを考案・作製した。これを用い、MRI下手術支援マニピュレータの画像に対する影響の評価を行った。計測の結果、マニピュレータの設置により最大で1.42±1.77(mm)の誤差が計測された。これは約3mmの位置決め誤差による穿刺を行うことができることを示しており、画像の解像度から考えても十分に使用できる精度が得られたといえる。
(3)マニピュレータおよび画像取得装置の位置座標を、1枚の取得画像により統合するエンドエフェクタを開発し、また座標変換アルゴリズムを構築した。エンドエフェクタはZ型マーカ3個を配置したもので、マーカ材料を画像モダリティに応じて変更することが可能である。本研究ではX線CT画像装置を用いた評価実験を行い、ファントム実験により精度良く目標に針を誘導することができたが、今後本手法をMRIに適応する予定である。
本研究で得られた成果を用いることにより、今後は他の様々なMRI内で使用する素材・デバイスの評価に応用できるものと考えられるが、今後は、マニピュレータが動的な動きをした際に生じる動的な歪みの変化の計測や予測、実時間補正の研究などが必要であるものと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] 正宗 賢, 稲垣貴文, 他: "MRI誘導下マニピュレータにおける画像歪補正"J Jpn Soc. Comp. Aided Surg.. Vol.2,No.3. 199-200 (2000)
• [文献書誌] 正宗 賢, 稲垣 貴文, 高井 信治, 佐久間一郎, 土肥健純: "MRI画像下治療用穿刺支援マニピュレータの開発・刺入角度決め・穿刺機構"第40回日本エム・イー学会大会論文集. 626 (2001)
• [文献書誌] 正宗 賢, Dan Stoianovici, Russell Taylor, et. al.: "画像誘導下治療を支援する穿刺ロボティクス"第40回日本エム・イー学会大会論文集. 159 (2001)
• [文献書誌] K Masamune, D Stoianovici, I Sakuma, T Dohi, H Iseki: "Direct MR image guided positioning manipulator for percutaneous needle puncturing therapy"Proc. 32^<nd> ISR(International Symposium on Robotics). 619-624 (2001)
• [文献書誌] K Masamune, G Fichtinger, A Patriciu, et. al.: "System for Robotically Assisted Percutaneous Procedures With Computed Tomography Guidance"J. Computer Aided Surgery. (Accepted). (2002)