脳外科手術シミュレーションシステム構築に関する基礎的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380147
• Research Institution: Iwate Prefectural University
• Principal Investigator: 土井 章男 岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 教授 (60271839)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 彰 岩手医科大学, 脳神経外科, 教授 (10204067) ; 松田 浩一 岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 講師 (70325926) ; 亀田 昌志 岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 助教授 (60243325) ; 小山田 耕二 京都大学, 学術情報メディアセンター, 助教授 (00305294) ; 井上 敬 岩手医科大学, 脳神経外科, 助手 (70326651)
• Keywords: 脳外科手術シミュレーション / セグメンテーション / エネルギー画像 / MRI / CT / 弾性モデル / フォースフィードバック装置 / 有限要素法

Research Abstract

我々が開発してきたセグメンテーション手法である,3D Active Net法,3D Active Grid法,3D Active Cylinder法,3D Active Sphere法を整備し、これらの手法に用いるエネルギー画像の生成方式を改良することで,セグメンテーションを安定化させた.複数の被験者の脳画像用に制御パラメータを調節し,自動セグメンテーションの実験を行った.研究対象となる脳画像は,岩手県ハイテクリサーチセンター(アイソトープセンター)が所有する超高磁場(3テスラ)MRI装置と機能的MRI装置,CT装置から取得した.
脳の弾性モデルに関しては,抽出された形状データから有限要素法メッシュ(4面体メッシュ)を自動生成し,脳の変形量と反力の関係式を導出した.本関係式を導いた後は,フォースフィードバック装置を用いてその反力を返す仕組みを構築中である.対象とする手術は脳腫瘍の摘出手術であり,メスの挙動による脳の変形をシミュレーションする.有限要素法の高速化には,1)メッシュ生成の段階で適応的に要素数を調整しながら,漸近的に近似解法の採用,2)内部ノードの削減による要素数の減少の2方式を試みた.
平成14年度購入したSensAble社のPhantomは,信頼性が高く,かつ,反力の反応も迅速で,手術シュミレーションシステムを構築する上で,必要不可欠な装置である.Phantomは,Windows2000のパーソナルコンピュータ(PC)(2CPU構成)で稼動させており,変形量を計算する機能とリアルタイム表示を行う機能を別々に各CPU割り当てている.

Research Products

• [Publications] 藤原俊朗, 松田浩一, 亀田昌志, 土井章男: "3次元幾何モデルを用いたエネルギー最小化原理に基づく自動形状抽出"画像電子学会論文誌. 32・3(2003年5月発行). (2003)
• [Publications] 小山田耕二, 上沢和真, 土井章男: "不規則ボリュームデータの高速レイキャスティング法"日本シミュレーション学会. 21・4. 37-45 (2002)
• [Publications] 松田浩一, 大田敬太, 小山田耕二, 土井章男: "普及型PCにおける2次元テクスチャを用いた3次元画像の任意断面表示法"電子情報通信学会D2研究速報. Vol.J85-D-II, No.8. 1351-1354 (2002)
• [Publications] 宮越徹, 亀田昌志, 松田浩一, 土井章男: "二次曲面による自然画像の曲面近似手法の研究"電子情報通信学会 信学技報. ITS2002-60(2003-02). 103-108 (2003)
• [Publications] 上野育子, 藤原俊朗, 松田浩一, 亀田昌志, 土井章男, 他: "3次元領域拡張法を用いた脳MRI画像からの腫瘍領域抽出"電子情報通信学会 信学技報. MI2002-73(2002-11). 23-28 (2002)
• [Publications] 上野育子, 藤原俊朗, 松田浩一, 亀田昌志, 土井章男, 他: "領域拡張法を用いた頭部MRI画像からの脳領域抽出"映像メディア処理シンポジウム(IMPS2002). I-2.10. 51-52 (2002)