ハプティクス環境を用いた心臓の4次元視覚・触覚表現

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外科分野では低侵襲手術やロボット手術などの高度な手術が広がりを見せる中、コンピュータ支援によるプランニングやトレーニングシステムなどの適用範囲の拡大が期待されている。しかし、現状のシステムは形成外科・整形外科などにおける硬組織に限定した手術計画や術後の予想などの用途にとどまっており、脳外科・胸部外科など幅広い診療科において、術前計画の支援や危機管理を通して患者のQuality of Lifeの向上へと繋がるシステムの開発が望まれている。これに対し、筆者らは手術シミュレーション開発プロジェクト:ActiveHeartを立ち上げ、Virtual Reality技術に基づいて軟組織を扱う手術においても効果的に術前計画を支援するシステムや難易度の高い手術手技を学習・訓練できるシステムの開発を行ってきた。本年度では、心臓や大動脈などの自律的な運動を伴う臓器を対象として、高精度かつ対話的な応答を返すVRシミュレーションを可能とする力学計算手法を提案及び開発し、C++の関数としてライブラリ化を行った。開発した力学計算モデルは、大動脈触診の際に血管壁に生じる変形と手元に返される反力を、有限要素法に基づいて高精度かつリアルタイムにシミュレートすることができる。仮想臓器のパラメータ設定や剛性マトリクスの計算は、前処理ソフトウェアの開発を行ってサポートする。また、開発ライブラリを力覚提示デバイスを備えた標準的なPCへと適用することによって、大動脈触診をシミュレートできるシステムを構築した。数例の大動脈弓モデルを作成して行った評価実験の結果、本システムが正常大動脈の硬さの認識や硬化部位の判定の練習に効果的であり、触診の体験及びトレーニングに有用であることが確認された。