聴触覚融合データの幾何学的解析による骨切り手術支援システムの開発

利用音频触觉融合数据的几何分析开发截骨手术支持系统

• 批准号: 21H01273
• 负责人: 中野 寛
• 金额: $ 11.65万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01273/
• 关键词: 振動モニタリング; 時系列解析; 顎変形症手術; 骨切削

本研究課題は，顎変形症治療のための口腔外科手術において，医師が回転切削器具を用いて顎骨の骨切り手術を行う際，切削工具が皮質骨層（硬質層）から海綿骨（軟質層）に到達する直前でハンドピースを持つ手に感じる感覚の変化を可視化し，安全に骨切り手術を行える手術支援システムを構築することを目的とする．2021年度は，模擬骨被削材による手術シミュレーション用の実験装置を構築し，模擬骨被削材の切削試験を行い，海綿骨到達前後の振動解析を行った．実験に使用した模擬骨被削材は，皮質骨と海綿骨にそれぞれ被削性が近い樹脂材料を使用して製作した．模擬皮質骨プレートと模擬海綿骨の間にアルミ箔製の電極を挟み，電極に一定電圧回路を接続して模擬皮質骨を切削し，模擬海綿骨に到達したとき電極が切断されると電圧が0Vになるとき海綿骨到達と判定した．また，手元の感覚の変化を感じ海綿骨到達と判断したときに手元のボタンを押して，電極切断と比較して判定精度を評価するシステムを構築した．模擬骨を切削するハンドピースは実際に手術で使用するハンドピースと切削バーを使用し，ハンドピースに3軸加速度計を取り付けて，手元の振動加速度を測定するとともに，模擬骨被削材を切削動力計に固定して3方向の切削力を測定した．また，切削音を精密騒音計で測定した．手術熟練医師（研究分担者）と研修医に協力を得て切削実験を行った．測定した時系列データを周波数分析した結果，熟練医師のハンドピースの振動加速度データについて，海綿骨到達前後に回転周波数成分の整数倍成分近傍のスペクトル密度が増加することを確認した．この結果をもとに，回転周波数成分の整数倍成分近傍のスペクトル密度の時系列変化を計算した結果，手元の感覚の変化とスペクトル密度の増加の傾向に非常に良い相関を確認し，このスペクトル密度の変化が海綿骨到達判定指標の1つになることを明らかにした．

This study aims to visualize the changes in the sensitivity of the cutting tool between the cortical bone layer (hard layer) and the spongy bone layer (soft layer) during oral surgery for jaw deformity. In 2021, the construction of an operation support system for the safe bone cutting operation was carried out. In 2021, the construction of an operation support system for the artificial bone cutting operation was carried out. In 2021, the vibration analysis before and after the arrival of the sponge bone was carried out. The use of artificial bone cutting materials, cortical bone and sponge bone cutting materials, near the use of resin materials. The artificial cortical bone is cut off from the artificial spongy bone by connecting the electrode with a certain voltage circuit. The artificial spongy bone is cut off from the artificial spongy bone by connecting the electrode with a certain voltage circuit. The sensitivity of the hand element is determined by the accuracy of the hand element detection. The cutting force of the simulated bone is measured by the 3-axis accelerometer when the simulated bone is cut. The cutting sound is measured by a precision sound meter. Skilled surgeons (research collaborators) and trained doctors work together to achieve cutting results. As a result of the frequency analysis of the measured time series, it is confirmed that the vibration acceleration of the sponge bone increases before and after the arrival of the sponge bone. As a result, the change of the frequency component and the integer multiple component near the selected density is calculated. As a result, the change of the sensitivity of the hand element and the tendency of the selected density to increase are confirmed to be very good correlation.