Development of hIgh-fidelity Mechanical simulator of the human trunk with internal organs

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究課題の目的は，コンピュータによって支援された安全かつ高度な外科手術(Computer Aided Surgery)に資する技術として，内視鏡下・ロボット補助下の手術における患者個別シミュレーション・ナビゲーションシステムの基盤となる臨床応用可能な高精度かつ高速な骨格系を含めた体幹内組織全体の力学モデルの構築とそのシミュレーション技術の開発である．本研究課題では，体幹の力学モデルにおける基礎データである内蔵等の材料物性の計測を行う．ここでは，手術直後の摘出臓器に対して，載荷点を変更しながら押し込み載荷を複数回実施し，計測された応答変位と臓器モデルの有限要素解析の計算結果を比較する逆解析手法により物性同定を行う手法を開発する．令和４年度は令和３年度までの研究課題によって開発された装置に対して生体組織に近い剛性を持つウレタン樹脂で作成した模擬臓器を用いて実験手法の妥当性確認を行い，計測方法を含めた実験のプロトコル作成を行った．また，模擬臓器に対する有限要素モデルに対する適切な境界条件の設定と非線形挙動の要因分析を行い，逆解析で同定する力学的パラメータの精度評価を行った．本研究課題では，体幹全体の力学モデルの高精度なシミュレーション結果を高速に得る方法として，メタモデリング技術と高速な有限要素解析手法の両面から研究を進めた．メタモデリング技術を開発するために必要となる体幹全体の力学挙動を表現する計算モデルについては，令和４年度は自動車衝突シミュレーションのために開発された人体の力学モデルであるTHUMSの標準モデルとしての適用可能性を検討した．また，高速な有限要素解析手法として，令和３年度から検討を行っている圧力安定化１次４面体要素について，自由振動の固有値解析において厳密解と数値解を比較することで安定化パラメータを決定する手法を開発し，最適な安定化パラメータを求めた．