Complete 3D mapping for ear canal using optical scanner

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K12114
• Research Institution: Saitama Medical University
• Principal Investigator: 若山 俊隆 埼玉医科大学, 保健医療学部, 教授 (90438862)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白石 直子 (丸山) 埼玉医科大学, 保健医療学部, 助教 (00736259) ; 加藤 綾子 埼玉医科大学, 保健医療学部, 講師 (30318159) ; 水谷 康弘 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40374152) ; 東口 武史 宇都宮大学, 工学部, 教授 (80336289)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 三次元内視鏡 / 構造光

Outline of Annual Research Achievements

現在までに外耳道から鼓膜までの内面形状を形状計測する技術を開発し、計測されたデータを用いた音響解析から音響インテンシティーを増大する構造の検討を行ってきた。本年度は、これまでに研究してきた三次元内視鏡をさらに発展させ、形状を瞬時に取得する新たな形状計測法の開発に注力した。構造光制御技術を高速に実行できることが可能となり、三次元形状計測への適用に発展させた。構造光を評価するために位相シフト法からその位相特性を評価した。レーザーに印加する直流電圧信号によってその位相分布の滑らかさが大きく影響することが明らかになった。このような基礎的な特性を十分に検討した上で、この構造光制御技術を利用した形状計測法の開発を行った。上述の構造光を使った形状計測は従来にはない技術となる。そのため、三次元形状の補正技術の確立が必須であった。あらかじめ形状がわかっているサンプルを用いてカメラおよび三次元形状のキャリブレーションを行い、三次元形状計測の精度を評価した。構造光に使用したレーザー固有のスペックルや非線形性の影響から精度は1mm程度となったが、形状計測およびキャリブレーションアルゴリズムが確立された。これにより外耳道の形状を10フレーム//秒のカメラであれば、0.4秒で形状を計測することが可能である。三次元内視鏡の直径は現状では3 mmであるが、さらに細径化することが可能である。本技術は外耳道形状計測の耳鼻科学にとどまらず、脳神経外科、整形外科、口腔外科などさまざまな医科学分野に応用できると期待している。