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2017 年度 実績報告書

解剖構造ドリブン型内視鏡手術支援手法ーコンテンツ型手術ナビゲーションへの転換

研究課題

研究課題/領域番号 17H00867
研究機関名古屋大学

研究代表者

森 健策  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (10293664)

研究分担者 北坂 孝幸  愛知工業大学, 情報科学部, 准教授 (00362294)
小田 昌宏  名古屋大学, 情報学研究科, 助教 (30554810)
三澤 一成  愛知県がんセンター(研究所), 分子腫瘍学部, 研究員 (70538438)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワードコンピュータ外科 / 画像処理 / 知能ロボティクス / 医用画像
研究実績の概要

解剖学的構造空間での対応付けに基づく内視鏡手術ナビゲーション、すなわち、解剖構造ドリブン型内視鏡手術支援手法の開発とその診断治療への応用を目指し、平成29年度は「解剖構造ドリブン型内視鏡手術支援の学術的概念の確立」に関する以下の研究項目を実施した。
(1) 解剖構造ドリブン型内視鏡手術支援の学術的概念の確立:解剖構造情報に基づいた画像統合、情報統合に必要とされる解剖学的構造表現手法、解剖構造ドリブン型内視鏡手術支援において実現すべき機能などを多面的に検討した。
(2) 腹部臓器形状数理表現法の検討:腹部臓器や血管の形状を数理的に表現する方法を検討した。臓器形状の変形などにも対応するため、手術操作によって生じる変形などを数理的に表現する手法を検討した。ここでは胃・膵臓がん手術を対象として、胃・膵臓周辺の血管を対象とする。血管構造はバリエーションに富むため、芯線構造の変形で血管形状の変形を表現する手法を検討した。
(3) 超精密局所解剖表現法の検討:胃・膵臓がん手術に関連する微細な脈管並びにリンパ節の局所解剖を表現する方法を検討する。胃・膵臓がん手術では、これらの解剖学的構造に基づき支援を行う必要がある。そのため、膵管などを含む微細脈管、支配血管との相対位置で記述されるリンパ節位置など、局所解剖を適切に記述する方法を検討した。
(4) 内視鏡映像アノテーションデータベースの検討と構築:解剖構造認識に機械学習の枠組みの利用などが考えられる。そのためには内視鏡映像とそのアノテーションデータベースの構築が重要である。内視鏡映像中の血管構造などをアノテーションしたデータベースを構築するソフトウエアの作成,ならびに,データベースの構築を行った。
(5) 局所解剖学的構造データベースの構築:胃・膵臓周辺の局所解剖学的構造を含むデータベースを構築した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

「解剖構造ドリブン型内視鏡手術支援の学術的概念の確立」に関する各研究項目は予定通り進展している。腹部臓器形状数理表現法の検討及び、超精密局所解剖表現法の検討では、臓器構造から微細構造までをディープラーニングを用いたネットワーク構造及びグラフ表現で表し、高い精度でモデル化することができた。内視鏡映像アノテーションデータベースの検討と構築では、手術映像の取り扱いに適したアノテーションツールの開発を行い、データベース作成の基盤確立とデータ蓄積を行った。
今後の研究推進に必要となる基盤手法とツールが整備され、今年度だけでなく今後も研究を強力に推進することが可能となった。

今後の研究の推進方策

CT画像上の解剖学的構造及び微細解剖学的構造認識手法の高精度化を実現する。内視鏡映像からの解剖学的構造認識手法の性能向上も図り、解剖学的サーボイング実現に向けた高精度認識技術を確立する。また、解剖学的サーボイングに用いるロボット制御技術の検討も進めていき、手術支援のための認識及び制御技術整備を行う。

  • 研究成果

    (52件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件) 学会発表 (40件) (うち国際学会 8件、 招待講演 8件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Application of three-dimensional print in minor hepatectomy following liver partition between anterior and posterior sectors2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Igami, Yoshihiko Nakamura, Masahiro Oda, Hiroshi Tanaka, Motoi Nojiri, Tomoki Ebata, Yukihiro Yokoyama, Gen Sugawara, Takashi Mizuno, Junpei Yamaguchi, Kensaku Mori, Masato Nagino
    • 雑誌名

      ANZ Journal of Surgery

      巻: 88 ページ: 882-885

    • DOI

      10.1111/ans.14331

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An application of cascaded 3D fully convolutional networks for medical image segmentation2018

    • 著者名/発表者名
      Holger R. Roth, Hirohisa Oda, Xiangrong Zhou, Natsuki Shimizu, Ying Yang, Yuichiro Hayashi, Masahiro Oda, Michitaka Fujiwara, Kazunari Misawa, Kensaku Mori
    • 雑誌名

      Computerized Medical Imaging and Graphics

      巻: 66 ページ: 90-99

    • DOI

      10.1016/j.compmedimag.2018.03.001

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 3Dプリンタの最新動向2018

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 雑誌名

      インナービジョン

      巻: 33 ページ: 35-36

  • [雑誌論文] 術前術中後診断治療支援2018

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 雑誌名

      細胞

      巻: 50 ページ: 14-18

  • [雑誌論文] Automated mediastinal lymph node detection from CT volumes based on intensity targeted radial structure tensor analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Hirohisa Oda, Kanwal K. Bhatia, Masahiro Oda, Takayuki Kitasaka, Shingo Iwano, Hirotoshi Homma, Hirotsugu Takabatake, Masaki Mori, Hiroshi Natori, Julia A. Schnabel, Kensaku Mori
    • 雑誌名

      Journal of Medical Imaging

      巻: 4 ページ: 044502

    • DOI

      10.1117/1.JMI.4.4.044502

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multi-atlas pancreas segmentation: Atlas selection based on vessel structure2017

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Karasawa, Masahiro Oda, Takayuki Kitasaka, Kazunari Misawa, Michitaka Fujiwara, Chengwen Chu, Guoyan Zheng, Daniel Rueckert, Kensaku Mori
    • 雑誌名

      Medical Image Analysis

      巻: 39 ページ: 18-28

    • DOI

      doi:10.1016/j.media.2017.03.006

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Automatic anatomical labeling of arteries and veins using conditional random fields2017

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Kitasaka, Mitsuru Kagajo, Yukitaka Nimura, Yuichiro Hayashi, Masahiro Oda, Kazunari Misawa, Kensaku Mori
    • 雑誌名

      International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery

      巻: 12 ページ: 1041-1048

    • DOI

      10.1007/s11548-017-1549-x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimal port placement planning method for laparoscopic gastrectomy2017

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Hayashi, Kazunari Misawa, Kensaku Mori
    • 雑誌名

      International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery

      巻: 12 ページ: 1677-1684

    • DOI

      10.1007/s11548-017-1548-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3Dプリンターの基礎と医療応用2017

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 雑誌名

      月刊心臓

      巻: 49 ページ: 1104-1113

  • [雑誌論文] 3Dプリンタの医療応用2017

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 雑誌名

      医用画像情報学会雑誌

      巻: 34 ページ: 1-6

  • [学会発表] I(機械学習)を活用した医用画像処理に基づく診断治療支援2018

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 学会等名
      第34回東海頭蓋底外科研究会プログラム
    • 招待講演
  • [学会発表] Medical procedure assistance based on machine learning-current status and future direction2018

    • 著者名/発表者名
      Kensaku Mori
    • 学会等名
      UK-Japan symposium on medical imaging and artificial intelligence
    • 招待講演
  • [学会発表] Fine segmentation of tiny blood vessel based on fully-connected conditional random field2018

    • 著者名/発表者名
      Chenglong Wang, Masahiro Oda, Yasushi Yoshino, Tokunori Yamamoto, Kensaku Mori
    • 学会等名
      SPIE Medical Imaging
    • 国際学会
  • [学会発表] Towards dense volumetric pancreas segmentation in CT using 3D fully convolutional network2018

    • 著者名/発表者名
      Holger Roth, Masahiro Oda, Natsuki Shimizu, Hirohisa Oda, Yuichiro Hayashi, Takayuki Kitasaka, Michitaka Fujiwara, Kazunari Misawa, Kensaku Mori
    • 学会等名
      SPIE Medical Imaging
    • 国際学会
  • [学会発表] 複数のステレオ内視鏡画像からの臓器形状復元の定量評価2018

    • 著者名/発表者名
      柴田睦実, 林 雄一郎, 小田昌宏, 三澤一成, 森 健策
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (MI)
  • [学会発表] CNNによる回帰を用いた臓器領域の位置推定手法の初期的検討2018

    • 著者名/発表者名
      清水南月, 小田昌宏, ロス ホルガー, 林雄一郎, 三澤一成, 藤原道隆, 森健策
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (MI)
  • [学会発表] 3D U-Netと測地距離カーネルを取り入れた全連結条件付き確率場に基づく医用画像からの多臓器自動抽出2018

    • 著者名/発表者名
      楊 瀛, Holger R. Roth, 小田昌宏, 北坂孝幸, 三澤一成, 森 健策
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (MI)
  • [学会発表] 開腹手術映像における遮蔽物除去手法の改善 ~ FFDによる位置合わせ精度の評価 ~2018

    • 著者名/発表者名
      北坂孝幸, 奥田透生, 佐藤 準, 豊田誠仁, 澤野弘明, 末永康仁, 三澤一成, 森 健策
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (MI)
  • [学会発表] シンポジウム① 人工知能と仮想現実:AI, VR, AR, MRによるコンピュータ外科連携 :AIによるコンピューター手術支援研究の加速2017

    • 著者名/発表者名
      小田 昌宏
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Artificial intelligence in medical image processing2017

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 学会等名
      吉林省医学会第18回放射学学術会議
    • 招待講演
  • [学会発表] 3Dプリンタの医用応用2017

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 学会等名
      第6回JBMP放射線治療品質管理・医学物理講習会, 医学物理士のための医学物理講習会
    • 招待講演
  • [学会発表] 機械学習・人工知能による医用画像自動診断2017

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 学会等名
      愛知県職員薬剤師会学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Scale-seameless registration and visualization - from clinical level to laboratory level2017

    • 著者名/発表者名
      Kensaku Mori
    • 学会等名
      Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS) 2017
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工知能と医療機器 - 画像認識技術の立場から -2017

    • 著者名/発表者名
      森 健策
    • 学会等名
      中部医療機器工業協会
    • 招待講演
  • [学会発表] Machine Learning Techniques for Automated Accurate Organ Segmentation and Their Applications to Diagnosis Assistance2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Oda, Natsuki Shimizu, Holger R. Roth, Takayuki Kitasaka, Kazunari Misawa, Kensaku Mori, Michitaka Fujiwara, Daniel Rueckert
    • 学会等名
      RSNA
    • 国際学会
  • [学会発表] `Automated Multi-Organ Segmentation in Abdominal CT with Hierarchical 3D Fully-Convolutional Networks2017

    • 著者名/発表者名
      Holger R. Roth, Hirohisa Oda, Qier MENG, Yuichiro Hayashi, Masahiro Oda, Natsuki Shimizu, Kensaku Mori, Michitaka Fujiwara, Kazunari Misawa
    • 学会等名
      RSNA
    • 国際学会
  • [学会発表] 3D FCN Feature Driven Regression Forest-Based Pancreas Localization and Segmentation2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Oda, Natsuki Shimizu, Holger R. Roth, Ken’ichi Karasawa, Takayuki Kitasaka, Kazunari Misawa, Michitaka Fujiwara, Daniel Rueckert, Kensaku Mori
    • 学会等名
      MICCAI
    • 国際学会
  • [学会発表] Motion Vector for Outlier Elimination in Feature Matching and Its Application in SLAM Based Laparoscopic Tracking2017

    • 著者名/発表者名
      Cheng Wang, Masahiro Oda, Yuichiro Hayashi, Kazunari Misawa, Holger Roth, Kensaku Mori
    • 学会等名
      MICCAI
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-organ segmentation in abdominal CT using 3D fully convolutional networks2017

    • 著者名/発表者名
      Holger R. Roth, Masahiro Oda, Yuichiro Hayashi, Hirohisa Oda, Kensaku Mori
    • 学会等名
      CARS
    • 国際学会
  • [学会発表] False positive reduction of abdominal artery segmentation from CT volumes based on deep convolutional neural networks2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Oda, Tokunori Yamamoto, Yasushi Yoshino, Kensaku Mori
    • 学会等名
      CARS
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on the Robustness of ORB-SLAM Based Outlier Elimination in Bronchoscope Tracking -- RANSAC + EPnP for Outlier Detection --2017

    • 著者名/発表者名
      Cheng Wang, Masahiro Oda, Yuichiro Hayashi, Hirotoshi Honma, Hirotsugu Takabatake, Masaki Mori, Hiroshi Natori, Kensaku Mori
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (MI)
  • [学会発表] On the influence of Dice loss function in multi-class organ segmentation of abdominal CT using 3D fully convolutional networks2017

    • 著者名/発表者名
      Chen Shen, Holger R. Roth, Hirohisa Oda, Masahiro Oda, Yuichiro Hayashi, Kazunari Misawa, Kensaku Mori
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告 (MI)
  • [学会発表] 機械学習を用いた腹部動脈血管名自動命名における臓器情報利用方法に関する一考察2017

    • 著者名/発表者名
      鉄村悠介,Holger Roth,林 雄一郎,小田昌宏,進藤幸治,大内田研宙,橋爪 誠,三澤一成, 森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] 腹腔鏡下胃切除ナビゲーションにおける変形マッチングの有限要素法モデルを検証するための動物実験2017

    • 著者名/発表者名
      陳 韜, 魏 国棟,何 静怡,陳 光鋒,李,師 爲禮,祁 小龍,林 雄一郎,蒋 振剛, 森 健策, 李 国新
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] 複数フレームのステレオ内視鏡画像を用いた臓器表面形状復元に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      柴田睦実,林 雄一郎,小田昌宏,三澤一成,森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] 気管支鏡追跡における ORB-SLAM 適用に関する初期的検討2017

    • 著者名/発表者名
      王 成,小田昌宏,林 雄一郎,森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] 血管芯線を用いた経時リンパ節の自動対応付け2017

    • 著者名/発表者名
      舘 高基,小田昌宏,中村嘉彦,三澤一成,森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] 自動設計特徴量を用いた 3 次元腹部 CT 像における膵臓領域の位置推定2017

    • 著者名/発表者名
      清水南月,Holger R. Roth,小田昌宏,三澤一成,藤原道隆,森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] 3D Fully Convolutional Networks と全連結条件付確率場による 3 次元 CT 画像からの多臓器自動抽出に関する検討2017

    • 著者名/発表者名
      楊 瀛,小田昌宏,Roth Holger,北坂孝幸,三澤一成, 森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] レベルセット法を用いた腎臓皮質と髄質領域の分割2017

    • 著者名/発表者名
      王 成龍,小田昌宏,永山 洵,吉野 能,山本徳則,森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] 開腹手術における 3 次元画像を用いた手術ナビゲーションシステムの臨床応用2017

    • 著者名/発表者名
      林 雄一郎, 三澤一成,森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] サポートベクタマシンを用いたラジオミクスベースの消化管間質性腫瘍リスク評価システム2017

    • 著者名/発表者名
      陳 韜, 小田紘久, Holger R. Roth,北坂孝幸,小田昌宏,李 国新,森 健策
    • 学会等名
      第26回日本コンピュータ外科学会大会
  • [学会発表] Hierarchical fully convolutional networks for semantic segmentation of 3D medical images2017

    • 著者名/発表者名
      Holger R. Roth, Oda Hirohisa, Hayashi Yuichiro, Oda Masahiro, Shimizu Natsuki, Fujiwara Michitaka, Misawa Kazunari, Mori Kensaku
    • 学会等名
      ライフエンジニアリング部門シンポジウム2017
  • [学会発表] 条件付き確率場による医用画像からの多臓器抽出におけるHigher Order Potential とボクセル連結構造の影響に関する考察2017

    • 著者名/発表者名
      楊瀛, 小田昌宏, Roth Holger, 北坂孝幸, 三澤一成, 森健策
    • 学会等名
      第36回日本医用画像工学会大会 (JAMIT2017)
  • [学会発表] 血管情報を用いた経時リンパ節の自動対応付け手法に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      舘 高基, 小田 昌宏, 中村 嘉彦, 寶珠山 裕, 三澤 一成, 森 健策
    • 学会等名
      第36回日本医用画像工学会大会 (JAMIT2017)
  • [学会発表] 機械学習を用いた腹部動脈血管名自動命名における肝動脈分岐情報利用方法に関する一考察2017

    • 著者名/発表者名
      鉄村 悠介, 張 暁楠, Holger Roth, 林 雄一郎, 小田 昌宏, 三澤 一成, 森 健策
    • 学会等名
      第36回日本医用画像工学会大会 (JAMIT2017)
  • [学会発表] ステレオ内視鏡画像からの臓器形状復元手法における複数フレームの利用に関する初期的検討2017

    • 著者名/発表者名
      柴田 睦実, 林 雄一郎, 小田 昌宏, 三澤 一成, 森 健策
    • 学会等名
      第36回日本医用画像工学会大会 (JAMIT2017)
  • [学会発表] Improvement on Robustness of ORB-SLAM Based Surgical Navigation System by Building Submap2017

    • 著者名/発表者名
      王成, 小田昌宏, 林雄一郎, 三澤一成, 森健策
    • 学会等名
      第36回日本医用画像工学会大会 (JAMIT2017)
  • [学会発表] Torso organ segmentation in CT using fine-tuned 3D fully convolutional networks2017

    • 著者名/発表者名
      Holger R. ROTH,Ying YANG,Masahiro ODA,Hirohisa ODA, Yuichiro HAYASHI,Natsuki SHIMIZU,Takayuki KITASAKA,Michitaka FUJIWARA,Kazunari MISAWA,Kensaku MORI
    • 学会等名
      第36回日本医用画像工学会大会 (JAMIT2017)
  • [学会発表] 機械学習を用いた内視鏡画像自動診断2017

    • 著者名/発表者名
      Kensaku Mori, Masahiro Oda, Masashi Misawa, Yuichi Mori, Shinei Kudo
    • 学会等名
      第36回日本医用画像工学会大会 (JAMIT2017)
  • [図書] 新・医用放射線科学講座 医用画像情報工学2018

    • 著者名/発表者名
      森 健策 他
    • 総ページ数
      384
    • 出版者
      医歯薬出版株式会社
    • ISBN
      978-4-263-20645-4
  • [図書] 人工知能学大辞典2017

    • 著者名/発表者名
      森 健策 他
    • 総ページ数
      1600
    • 出版者
      共立出版
    • ISBN
      978-4-320-12420-2

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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