MRI誘導脊椎外科手術ロボットの工学的基盤と臨床的方法論の構築

MRI引导脊柱手术机器人工程基础与临床方法论构建

• 批准号: 14702070
• 负责人: 波多 伸彦
• 金额: $ 9.73万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14702070/
• 关键词: MRI誘導手術; 医用画像処理; 手術ロボット; 手術ナビゲーション; 低侵襲外科; コンピュータ外科; 画像誘導手; MRI; 画像誘導手術

医用画像診断装置の発達に伴い、画像誘導による経皮的脊椎穿刺手術が可能となり、最小限の侵襲で患部へ到達し治療を行う手術が可能となりつつある。経皮的穿刺治療では、針を患部へ誘導するための形態画像だけでなく、治療効果の生理学的情報の可視化が強く求められているため、今後は核磁気共鳴診断画像(Magnetic Resonance Image : MRI)を誘導画像として利用するニーズが高まる。また、穿刺手術という治療空間の限られた術式では、術者の人間としての手作業では実現できない手術操作が必要となる。研究最終年度は、MRI画像の画質に影響を与えず、MRI撮影装置内の強磁場環境でも動作する手術ロボットの開発を行い、これまで開発してきた手術中の臓器の位置のトラッキングと組み合わせた、臓器運動補償型手術ロボットを完成させた。開発したロボットは、5自由度MRI誘導手術用ロボットであり、能動駆動を行う水平駆動3軸と、受動的に動作する軸2軸を持つ。受動動作する軸にはMRI誘導下肝腫瘍マイクロ波凝固治療用のガイド針保持軸を備え付けることができる。術者がガイド針を自由に動かすと、針の到達点をMRI内で指示した腫瘍に維持するように能動駆動軸が駆動する。さらに、開発したロボットを研究初年度から2年度にかけて開発した、MRI誘導手術用ナビゲーションソフトウェア及び、臓器動作補償アルゴリズムと組み合わせて用いる事に成功した。すなわち、医師が予めナビゲーションソフトウェア内で指定した腫瘍に、ガイド針が必ず到達するように医師を補佐するロボットを完成した。加えて、ガイド針の位置決め作業中は臓器の移動をロボットが自動的に感知し、位置ずれ補償を行う機能も実現した。開発1号機について、MRI環境内での動作を確認し、4月以降の臨床に向けてテストを進めている。

Portraits of medical diagnosis device の 発 に with い, portrait induced に よ る 経 skin が spinal puncture surgery may と な り, minimum し の hit で へ affected part arrival treatment line を が う surgery may と な り つ つ あ る. 経 skin puncture treatment で は, needle を へ affected part induced す る た め の form portrait だ け で な く, treatment of unseen fruit の physiology intelligence の visualization が strong く め ら れ て い る た め, future は nuclear Magnetic 気 Resonance diagnosis portrait (Magnetic Resonance Image: MRI)を induced imaging と て て using するニ するニ ズが ズが high まる. ま た, piercing operation と い う の treatment space limit ら れ た operation で は, performer の world と し て の hand homework で は be presently で き な い operation が necessary と な る. Research annual portrait の は, MRI image quality に ultimately affect を and え ず, MRI of shadow device の strong magnetic field environment で も action す る surgery ロ ボ ッ ト の open 発 を い, こ れ ま で open 発 し て き た surgery の viscera の position の ト ラ ッ キ ン グ と group み close わ せ た, viscera motion compensation surgery ロ ボ ッ ト を complete さ せ た. Open 発 し た ロ ボ ッ ト は, 5 degree of freedom magnetic resonance imaging (MRI) induced surgical ロ ボ ッ ト で あ り line, move 駆 を 駆 う level 3 axis と, に by dynamic action す る axis 2 axis を つ. By motion す る shaft に は MRI induced by liver abscess were swollen マ イ ク ロ wave coagulation treatment with の ガ イ ド needle keep shaft を prepared え pay け る こ と が で き る. Performer が ガ イ を ド needle free に dynamic か す と arrive, needle の point で instructions within を MRI し た swollen sores に maintain す る よ う に move 駆 shaft が 駆 dynamic す る. さ ら に, open 発 し た ロ ボ ッ ト を research at the beginning of the annual か ら 2 year に か け て open 発 し た, induced MRI surgical ナ ビ ゲ ー シ ョ ン ソ フ ト ウ ェ ア び, viscera and motion compensation ア ル ゴ リ ズ ム と group み close わ せ て in い る matter に success し た. す な わ ち, physicians が to め ナ ビ ゲ ー シ ョ ン ソ フ ト ウ ェ ア で within specified し た swollen sores に, ガ イ ド needle が will arrive ず す る よ う に physicians を fill with す る ロ ボ ッ ト を complete し た. Add え て, ガ イ の ド needle position definitely め job は viscera の mobile を ロ ボ ッ ト が に し perception, automatically ず れ compensation function of line を う も be presently し た. The No. 1 machine was launched with に に て て て, the で motion in the MRI environment was を confirmed, and since April, the <s:1> clinical に has been advancing to けてテストを and めて る る る る る.

项目成果

Junichi Tokuda: "Motion tracking in MR-guided liver by using navigator echoes and projection profile matching"Academic Radiology. 11・1. 111-120 (2004)

Junichi Tokuda：“使用导航回波和投影轮廓匹配进行 MR 引导肝脏的运动跟踪”学术放射学 11・1（2004 年）。

Shigehiro Morikawa: "New Assistive Devices for MR-guided Microwave Thermocoagulation of Liver Tumors"Academic Radiology. 10・12. 180-188 (2003)

Shigehiro Morikawa：“用于肝脏肿瘤的 MR 引导微波热凝的新型辅助装置”学术放射学 10・12（2003 年）。

Hirose M, Bharatha A, Hata N, Zou KH, Warfield SK, Cormack RA, D'Amico A, Kikinis R, Jolesz FA, Tempany CMC: "Quantative MR Imaging Assesment of Prostate Gland Deformation before and during MR Imaging-guided Brachytherapy"Academic Radiology. 9(8). 906-912

Hirose M、Bharatha A、Hata N、Zou KH、Warfield SK、Cormack RA、DAmico A、Kikinis R、Jolesz FA、Tempany CMC：“MR 成像引导近距离放射治疗之前和期间前列腺变形的定量 MR 成像评估”