Development of virtual reality deformable physical simulation system for surgery

虚拟现实手术可变形物理模拟系统开发

• 批准号: 19K12065
• 负责人: 宮城 智央
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: University of the Ryukyus
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K12065/
• 关键词: 手術シミュレーション; 外科手術; 脳神経外科; バーチャルリアリティ; 手術戦略; 手術訓練; 手術教育; リアルタイム物理変形性; バーチャルリアリティー; 脳神経外科手術; 手術検討

脳神経外科手術において、頭蓋骨や腫瘍の切除、脳や血管が変形する操作、止血操作が必要であり、それらの手術戦略は重要である。以上について実装したリアルタイム物理変形性脳神経外科バーチャルリアリティ(VR)シミュレーション・システムの先端技術による開発を行った。臨床症例のMRIとCTのDICOMデータからモデリングソフトにて立体メッシュモデルのFBXデータを作成した。VRのための手と頭のモーショントラッキングは市販のデバイスを使用した。リアルタイム物理変形性VRシステムは、運搬が容易なノートパソコンを用いて、プログラミングを支援する統合開発環境システムにてC♯言語にて構築した。本システムは次が可能である。1) VR手術室内を自由に歩いて座る、2) 患者の体位や手術器具の配置などの確認、3) マクロからマイクロへのシームレスな視点変化と両眼視差調整、4) 自由な部位での開頭、5) 器具による脳や血管の変形、6) 腫瘍摘出度の自動表示、7) 血管からの出血、8) 吸引管による血腫の吸引操作、9) 電気凝固器具や血管クリップによる止血操作、10) モデルの硬度に応じた振動触覚フィードバック、11) 複数人の参加、12) IPネットワークによる遠隔参加、13) VR空間のモデルと手術操作の実寸大シミュレート、14) 重力や流体などの物理シミュレート。本システムは13万円(VRデバイス3万円、ノートパソコン10万円)と安価に構築でき、DICOMデータから10-60分の短時間にて作成できた。上記の実装を全て実現したシステムは、世界初であり最高峰のなかの1つとして、脳神経外科VRを達成したと考えられた。本システムは、臨床症例の解剖構造、手術操作を適確にシミュレートしており、臨床応用として、脳神経外科医・医学生の手術戦略や臨床訓練に用いて好評を得ており、実用的であると考えられた。

Neurosurgery, craniotomy, vascular reconstruction, hemostasis are necessary and important. The development of advanced technologies for the development of neurosurgery systems is described above. The FBX data for the three-dimensional desktop monitor is created using DICOM data for MRI and CT for clinical cases. VR's first and foremost use. The physical characteristics of VR systems are easy to transport, easy to use, and easy to support. This is the first time I've ever been able to do this. 1)Free movement in VR operating room, 2) Patient position and confirmation of surgical instrument configuration, 3) Viewpoint change and eye parallax adjustment, 4) Opening of free position, 5) Instrument movement and blood vessel shape, 6) Automatic indication of tumor extraction degree, 7) Blood vessel movement and bleeding, 8) Suction operation of hematoma in suction tube, 9) Hemostasis operation of electrocoagulation equipment and blood vessels, 10) Vibration contact of hardness of blood vessels, 11) Participation of multiple persons, 12) Remote participation of IP generation equipment, 13) Large scale operation of VR space, 14) Physical operation of gravity fluid. The system is 130,000 yen (VR 30,000 yen, DICOM 100,000 yen), and the security system is constructed in a short time of 10-60 minutes. The record shows that the highest peak in the world has been achieved in the past, and the surgery VR has been achieved in the past. This article discusses the anatomical structure of clinical cases, surgical operation, clinical application, neurosurgery, medical students 'surgical strategy and clinical training.

项目成果

術用VRシステムを自作した経験による臨床応用の実際と今後の見通し

基于手术VR系统创建经验的临床实际应用及未来展望

• 发表时间: 2021
• 作者: 宮城 智央;友利壮志;國仲倫史;金城 雄生;小林 繁貴;長嶺 英樹;外間 洋平;上 薫;片桐 千秋;西村 正彦;菅原 健一;高木 博;石内 勝吾
• 通讯作者: 石内 勝吾

脳神経外科手術バーチャルリアリティ・シミュレーションシステムについての実寸大の検証

神经外科虚拟现实仿真系统全面验证

• 发表时间: 2020
• 作者: 宮城 智央;宮里 清隆;金城 雄生;小林 繁貴;上原 卓実;長嶺 英樹;外間 洋平;上 薫;宇杉 竜一;片桐 千秋;西村 正彦;菅原 健一;高木 博;石内 勝吾
• 通讯作者: 石内 勝吾

脳腫瘍摘出術における経頭蓋到達法と経鼻到達法の同時実施の有用性

同时经颅入路和经鼻入路在脑肿瘤切除术中的应用

• 发表时间: 2019
• 作者: 外間 洋平;國仲 倫史;小林 繁貴;金城 雄生;上原 卓実;長嶺 英樹;宮城 智央;菅原 健一;石内 勝吾;登坂 雅彦;上原 貴行;山下 懐;鈴木 幹男
• 通讯作者: 鈴木 幹男

多様な手術支援システムを用いた脳神経外科手術の臨床経験

使用各种手术支持系统的神经外科临床经验

• 发表时间: 2021
• 作者: 宮城 智央;友利 壮志;國仲 倫史;金城 雄生;小林 繁貴;長嶺 英樹;外間 洋平,上 薫;宇杉 竜一;片桐 千秋;西村 正彦;菅原 健一;高木 博;石内 勝吾
• 通讯作者: 石内 勝吾

胚細胞腫瘍9例の検討

生殖细胞肿瘤9例研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 友利 壮志;國仲 倫史;小林 繁貴;金城 雄生;長嶺 英樹;外間 洋平;宮城 智央,菅原 健一;石内 勝吾
• 通讯作者: 石内 勝吾