2015 Fiscal Year Annual Research Report
実時間動力学シミュレーションによる脳外科手術支援システム
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15H01707
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
近野 敦 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (90250688)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
冨永 悌二 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00217548)
中川 敦寛 東北大学, 大学病院, 助教 (10447162)
辻田 哲平 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, その他部局等, 准教授 (40554473)
小水内 俊介 北海道大学, 情報科学研究科, 助教 (40708004)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 手術シミュレーション / ブレインシフト / 手術支援 / 流体・構造連成解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，脳外科手術中に同時に実時間手術シミュレーションを行うことで，目視や内視鏡で確認することができない脳深部の変形や，現在脳に発生している応力の分布を医師に視覚提示し，脳に損傷を与える危険性を逐次評価することのできる，脳外科手術支援システムを開発することを目的としている．
平成27年度は，「全脳モデルを用いたブレインシフト実時間推定技術の確立」の課題に取り組んだ．まずCT画像やMRI画像などの医療画像から3次元有限要素モデルを迅速に構築する手法を開発した．これまでは医療画像から3次元幾何モデルを構築する手法は開発されているが，これらの幾何モデルから有限要素モデルへの変換が自動ではうまくいかず，人手による修正が必要であった．今回開発した手法により，3次元有限要素モデルの構築時間が大幅に短縮される．この手法は国際会議論文として投稿中である．つぎに，ブレインシフトを推定するために脳脊髄液漏出等のモデル化を行い，流体と柔軟物が相互に作用する流体・構造連成（FSI: Fluid-Structure Interaction）解析の枠組みを開発した．脳脊髄液の挙動模擬には粒子法を，脳の挙動模擬には有限要素法を用い，粒子法と有限要素法の相互作用を行うための枠組みを新たに提案した．この手法を用いて，脳脊髄液漏出の際のブレインシフトのシミュレーションを行った．
また，東北大学の動物実験施設を用いた豚の開頭実験を行い，硬膜切開後の脳脊髄液漏出と脳の位置変位のデータを取得した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度に計画していた「全脳モデルを用いたブレインシフト実時間推定技術の確立」の課題において，医療画像から3次元有限要素モデルを構築する手法の開発（国際会議論文として投稿中），流体・構造連成解析の枠組みの提案（学術誌論文準備中），GPUによる脳変形高速計算法の確立（国際学術誌掲載）など，大きな進展があった．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度以降は，「患者の映像へのCGモデル重畳表示技術の確立」，「脳組織損傷モデルの構築」，「情報提示インタフェースの構築」，「構築した手術支援システムの動物実験による検証と評価」の課題に順次取り組んでいく．東北大学，防衛大学校の研究分担者とは，平成27年度中は月1回程度ビデオ会議（Skype）を用いた研究打ち合わせを行っており，本年度も同様にビデオ会議による研究打ち合わせを行っていく．
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