理論解析および計算機シミュレーションによる、複合現実感システムの精度限界導出

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14780281
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中島 義和 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (40343256)
• Keywords: 誤差解析 / 複合誤差 / コンピュータシミュレーション / システム設計 / 臨床適用

Research Abstract

昨年度構築したコンピュータシミュレーションによる誤差解析システムに基づき、各種臨床応用システムの構築を行った.本年度は、共同研究を行っている臨床スタッフの要望から予定実施項目の順番を変更して、応用システムの構築を先に行った。具体的には、「複合現実感システムの精度限界導出理論およびシステム設計最適化理論」を、骨折整復支援を目的としたロボティックシステムの画像ナビゲーションの構築,およびレーザ光を用いて直線刺入術具のガイドを行うレーザガイダンスシステムの設計に応用した。レーザガイダンスシステムは、レーザ照射装置を2機を3次元位置センサ側面に装備したシステムであり、手術ナビゲーションシステムが算出した術具誘導情報をレーザ光を用いて術野に直接照射するシステムである。本研究の成果としては、レーザガイダンスシステムの設計における、術具の誘導原理の明確化と、その解析結果に基づいたシステム有効動作範囲の解析を行った。また、骨折整復支援ロボットの研究においては、システムを構成する各コンポーネント誤差を統合し、システムの全体誤差、および各コンポーネント誤差がシステム全体に与える影響を算出し、現システムの能力と、改良事項の明確化を行った。
それぞれ、手術室でのファントムによる検証実験,および臨床適用(2004年3月9日現在で人工股関節全置換術6例)まで行い、臨床現場においても、理論の有用性が保証されることを確認した。
次年度は、実験および臨床適用のデータを有効活用しながら、理論的な誤差解析手法の確立および検証を行う。

Research Products

• [Publications] 櫻木太: "XMLによる手術支援システムの空間構造記述とその誤差解析への応用"電子情報通信学会技術研究報告(D-II). 102・300. 27-32 (2002)
• [Publications] 櫻木太: "3次元位置計測を用いた手術ナビゲーションシステムにおける誤差解析シミュレーションの検証"電子情報通信学会技術研究報告(D-II). 102・576. 13-18 (2002)
• [Publications] Y.Nakajima: "Preoperative Analysis of Optimal Imaging Orientation in Fluoroscopy for Voxel-Based 2-D/3-D Registration"Lecture Notes in Computer Science(Proc.Fifth International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI2002). 2489 Part II. 485-492 (2002)
• [Publications] 中島義和: "脊椎アライメントの3次元定量化による手術支援システム"第12回コンピュータ支援画像診断学会/第11回日本コンピュータ外科学会 合同論文集. 105-106 (2002)
• [Publications] 田代孝仁: "X線透視撮影装置を用いた脊椎骨3D/2Dレジストレーションにおける最適撮影方向の検討"電子情報通信学会技術研究報告. MI 2001-87. 47-52 (2002)
• [Publications] 中島義和: "骨折整復支援ロボティックシステムにおける画像ナビゲーション"第12回日本コンピュータ外科学会大会論文集. 151-152 (2003)
• [Publications] 山本宗主: "レーザ光2平面交差を用いた直線刺入術具誘導方式の理論的有効範囲解析"第12回日本コンピュータ外科学会大会論文集. 185-186 (2003)
• [Publications] 櫻木太: "異種3次元データ総合システムの構造記述と誤差解析のためのシステムシミュレータ"電子情報通信学会論文誌(D-II). J86-D-II(1). 325-338 (2004)
• [Publications] 山本宗主: "レーザ光2平面交差を用いた直線刺入術具誘導方式の理論的有効範囲解析と精度検証"電子情報通信学会技術研究報告. MI2003-56. 1-6 (2004)
• [Publications] Y.Nakajima: "Computer-Assisted Fracture Reduction of Proximal Femur Using Preoperative CT Data and Intraoperative Fluoroscopic Images"Proc.of International Congress of Computer Assisted Radiology and Surgery. (progress in press). (2004)
• [Publications] Y.Nakajima: "Available Range Analysis of Laser Guidance System and its Application to Monolithic Integration with Optical Tracker"Proc.of International Congress on Computer Assisted Radiology and Surgery. (progress in press). (2004)