三次元超音波像を用いた腹腔鏡手術支援システムの高速化及び高精度化

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<研究目的>低侵襲な手技であるが難易度の高い手技である腹腔鏡手術における手術支援システムの構築を行う. 提案システムはステレオ内視鏡および三次元超音波を用い, 内視鏡による臓器表面の色彩情報と超音波による臓器内部情報を適切に位置合わせされた座標上で重畳し術者へと提示するシステムである. 提案システムでは外部位置検出装置を使用せず, 取得する画像情報から位置合わせを行う. これにより術者は術中に容易に臓器内部構造を把握することが可能となる. 先行研究では内視鏡像と超音波像の重畳処理に8.61秒を要し, その他に三次元超音波像を構築するために180秒を要しており術中にリアルタイムに処理を行うには不十分であった. そこで, 本研究では提案システムに対しGPUを用いた高速化を行う. また, 超音波により臓器内部構造を提示するだけでなく, エコー信号の音響特性解析を行うことで高精度化を図る.<研究方法>先行研究ではCPUによる並列計算を行っていたが, これをGPUを用いるプログラムに換装する. また, 音響インピーダンスに着目し, 超音波の後方散乱波から臓器表面の相対的な音響インピーダンスマップを作成することで観察対象表面上の組成分布を可視化する.<研究成果>GPUの使用により内視鏡像と超音波像の重畳表示処理は4.56秒, 三次元超音波像の構築は1.23秒と大幅な高速化を実現した. また, 擬似生体資料を用いた実験では観察対象表面の相対的な音響インピーダンスを可視化することで疾患の領域判別が行える可能性を確認した.