Development of an insertion force estimation system for the tip of therapeutic device in neuroendovascular intervention

本研究のコンセプトは、これまで術中に計測不可であった患者の血管内壁に作用する先端力を、計測可能なX線透視画像と体外にある治療デバイスの末端の挿入力とから推定することにある。本研究の具体的目的は研究1から5に分けられている。2022年度では、研究2、研究3、研究4について実施した。研究2では、2021年度に未実施として残っていたカテーテル形状設計アプリケーションへの総湾曲角度の計算機能を実現した。本アプリケーションの一通りの機能が実現できたため、全体的な使いやすさの向上に着手している。研究3では、ガイドワイヤ挿入力センサの検出ヒステリシスを、新規構造によって2021年度に実現した±0.02Nから±0.01Nへ低減できた。挿入力センサは、ワイヤをセンサヘッドにある湾曲した貫通穴へ通し、ワイヤに力を加えたときの湾曲方向に発生する力をロードセルで測定して挿入力に換算している。新規構造では、貫通穴の摩擦低減に使用していた軸受を、カテーテルと同一素材のチューブに置き換えた。軸受の場合、6個を配置した構成となっているためにワイヤと軸受の間に隙間ができるが、チューブではワイヤをすべて包むことができる。このため、ワイヤが貫通穴の中でたわむことがなくなり、検出ヒステリシスを低減できた。さらにチューブには医療用の低摩擦素材を用いたため、センサの高精度化と医療適合性の両方を実現することができた。研究4では、透視画像を用いて2次元形状のカテーテル画像の抽出機能を作成した。カテーテルにワイヤが未挿入のときは、透視画像にはカテーテルは写らず、カテーテルの先端と途中に取り付けてある金属マーカのみが撮影できる。そのため、特徴点検出で取得したマーカの座標を使ってカテーテルの形状推定機能を実装した。

本研究のコンセプトは、これまで術中に計測不可であった患者の血管内壁に作用する先端力を、計測可能なX線透視画像と体外にある治療デバイスの末端の挿入力とから推定することにある。本研究の具体的目的は研究1から5に分けられている。2022年度では、研究2、研究3、研究4について実施した。研究2では、2021年度に未実施として残っていたカテーテル形状設計アプリケーションへの総湾曲角度の計算機能を実現した。本アプリケーションの一通りの機能が実現できたため、全体的な使いやすさの向上に着手している。研究3では、ガイドワイヤ挿入力センサの検出ヒステリシスを、新規構造によって2021年度に実現した±0.02Nから±0.01Nへ低減できた。挿入力センサは、ワイヤをセンサヘッドにある湾曲した貫通穴へ通し、ワイヤに力を加えたときの湾曲方向に発生する力をロードセルで測定して挿入力に換算している。新規構造では、貫通穴の摩擦低減に使用していた軸受を、カテーテルと同一素材のチューブに置き換えた。軸受の場合、6個を配置した構成となっているためにワイヤと軸受の間に隙間ができるが、チューブではワイヤをすべて包むことができる。このため、ワイヤが貫通穴の中でたわむことがなくなり、検出ヒステリシスを低減できた。さらにチューブには医療用の低摩擦素材を用いたため、センサの高精度化と医療適合性の両方を実現することができた。研究4では、透視画像を用いて2次元形状のカテーテル画像の抽出機能を作成した。カテーテルにワイヤが未挿入のときは、透視画像にはカテーテルは写らず、カテーテルの先端と途中に取り付けてある金属マーカのみが撮影できる。そのため、特徴点検出で取得したマーカの座標を使ってカテーテルの形状推定機能を実装した。