視覚サーボを用いた自律分散ネットワーク型術中画像誘導手術マニプレータの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13558103
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 土肥 健純 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 教授 (40130299)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 馬木 清隆 アロカ(株), 第一技術部・システム2課, 課長代理(研究職) ; 佐久間 一郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50178597) ; 矢作 直樹 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (60158045) ; 藤江 正克 (株)日立製作所, 機械研究所, 主幹研究長(研究職) ; 日浦 亮太 三菱重工業(株), 神戸造船局, 研究員
• Keywords: 手術ロボット / 分散システム / 画像誘導手術

Research Abstract

本研究では術中の画像に基づいた実時間手術を援助するシステムの開発を目的をしている。今年度は実時間動作のため超音波装置を利用し、高度の画像処理アルゴリズムを適用し目的とするターゲットと穿刺針の認識を行った。主に研究の対象とした内容は以下の点である。
1.超音波誘導型動作追従穿刺ロボット
超音波誘導型動作追従穿刺ロボットの構造上の特徴は超音波プローブとマニピュレータが一体化されていることである。これにより外部から何らかの衝撃が与えられた場合でも穿刺針がプローブと一定の位置関係を保ち、超音波画像上に常に穿刺針の位置が把握できる。皮膚を通過する点が固定点となるため、本装置は針の角度とターゲットまでの距離を調節して穿刺経路を決める2自由度を有している。
2.ビジュアルサーボによるリアルタイムフィードバック
本研究ではターゲットまで穿刺針を実時間に導くためビジュアルサーボコントロールを用いている。これは本来情報量において優れた感覚である視覚をセンサーとして利用し画像処理によって必要な情報を取る仕組みとなる。
3.超音波画像処理
画像処理で認識の目標となるのは腫瘍または血管そして穿刺針である。腫瘍の認識のためにはActive Contour models(Snakes)という方法を用いた。穿刺針の認識のためには針が画像上で直線に見えることに着目し直線抽出に優れた性能を示すHough Transformを用いた。これは画像座標系から直線のパラメートスペースに変換することによって画像上の直線成分だけを抽出できる方法である。Hough Transformは直線が途切れていた場合にも効果的に対応できる特徴がある。
4.実験と結果
本研究の評価のためにファントムを用いた実験を行なった。動いているスポンジを穿刺針の先端が実時間に追従していることが確認できた。針の位置と方向は最大(Active Contour適用外)一秒に10回修正ができた。穿刺エラーはスポンジの移動速度に従って増加するが最低7.1mmだった。
今後は臨床データに基づく研究を予定としている。

Research Products

• [Publications] Morikawa S, Inubushi T, Kurumi Y, Naka S, Sato K, Tani T, Haque HA, Tokuda J, Hata N: "New Assistive Devices for MR-guided Microwave Thermocoagulation of Liver Tumors"Academic Radiology. 10. 180-188 (2003)
• [Publications] Hirose M, Bharatha A, Hata N, Zou KH, Warfield SK, Cormack RA, D'Amico A, Kikinis R, Jolesz FA, Tempany CMC: "Quantative MR Imaging Assesment of Prostate Gland Deformation before and during NR Imaging-guided Brachytherapy"Academic Radiology. 9(8). 906-912 (2002)
• [Publications] 大橋晃太, 波多伸彦, 松村有子, 緒方徹, 佐久間一郎, 矢作直樹, 土肥健純: "骨穿孔小型軟性ドリルを用いた骨髄移植用 造血幹細胞採取マニピュレータの開発"日本コンピュータ外科学会誌. (印刷中). (2003)