リアルタイム変形能を持つ手術シミュレーションシステムにおける軟組織モデルの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14780650
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 鈴木 薫之 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助手 (20338908)
• Keywords: 手術シミュレーション / 軟組織モデル / リアルタイムイメージング / バーチャルリアリティ / 医用画像処理 / 臓器特性計測

Research Abstract

昨年度までの研究において,把持,切開,切離処理などの手術作業をリアルタイムに可能にする軟組織モデル,sphere-filled modelの開発を行った.また動物実験において,肝表面変位量とその変位量に応じた押付力の関係を得ることが可能になった.
本年度では,このsphere-filled modelを用いて,実際の手術時の臓器に対する触感応答を得ながら作業を進めることをシミュレーション内で可能とするために,圧縮変形時の圧縮点表面変位量と圧力との関係を計測し,これをデータペース化してシミュレーションに反映させた.計測手法として,臓器の形状に応じ解剖学的に決定した点を中心に半径20mmの円形状に圧縮点5点を設定し,指先の太さを想定した直径10mmの円柱状のプローブ先端形状を持つ圧力測定装置を用いることにより,個体差が発生しないような工夫を行った.
その結果,複数の実験結果を統合して得られた最大表面変位量は約30mm,最大圧力として約30gf/cm^2となった.また,臓器圧縮,圧縮解放時に応じたヒステリシス特性を有する表面変位量-圧力特性曲線を得,データベース化した.
このようにして得られたデータベースの表面変位量を用いて,sphere-filled modelにおける充填球移動総和量をキャリブレーションすることにより,手術シミュレーションにおいて臓器に触れた際の感触を再現した.その結果,実際の臓器変形量に応じた定量的な反力応答能を有する軟組織モデルとなった.本モデルを用いることにより,実際の臓器特性を反映することができ,より実際に近い触感を伴った手術シミュレーションを行えるようになったと考える.

Research Products

• [Publications] 鈴木薫之, 鈴木直樹, 服部麻木, 内山明彦: "バーチャル手術システムに適した弾性臓器モデルの開発"電子・情報通信学会論文誌. 86,D-2,9. 1341-1349 (2003)
• [Publications] N.Suzuki, S.Suzuki: "Surgery Simulation System with Haptic Sensation and Modeling of Elastic organ That Reflect the Patients' Anatomy"Lecture Notes in Computer Science 2673/2003 Surgery Simulation and Soft Tissue Modeling. 2673. 155-164 (2003)
• [Publications] S.Suzuki, N.Suzuki, A.Hattori, A.Uchiyama: "soft Tissue Modeling with Sphere-filled Method and Virtual Environment for Surgical Simulation and Tele-Surgical Simulation"World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering. 98 (2003)
• [Publications] 鈴木薫之, 鈴木直樹, 服部麻木, 林部充宏, 大竹義人, 瀧本崇博, 内山明彦, 小林進: "In-vivo計測により得られた反力応答データベースを用いた軟組織モデルを有する手術シミュレーションシステム"第12回日本コンピュータ外科学会大会. 231-232 (2003)