臓器力学特性の高精細可視・可触化による次世代手術計画システムの開発

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本研究では、人体臓器の機能・力学特性を高精度にシミュレートし、その結果を実時間で可視・可触化することによる、体感型の手術計画システムを設計、開発した。開発システムは、実測CTデータから構築される高精細臓器モデルに対し、心臓外科手術における術野構築の際の一連の手術手技を、対話的に試行できる環境を提供する。シミュレーション結果を高精細かつ高速に可視化し、グローブ型デバイスを用いて臓器に触れた際の硬さや拍動感等を可触化する。本年度は、主に次の四つのテーマに基づいてシステム機能の開発と統合を行い、構築システムの検証を行った。開発技術に関する3件の特許申請を行い、国内外において計27件の研究成果の発表を行った。(a)ボクセル・メッシュデータ統合可視化フレームワークの開発CT/MRI断層画像集合から三次元再構成されるボリューム像に対する手術手技の入力操作に対し、ボリューム像上にシミュレーション結果を対話的に可視化できるフレームワークを開発した。(b)グローブ型力覚提示デバイスを用いた医療手技試行環境の構築と検証臓器力学特性のシミュレーション結果を、グローブ型デバイスを通して複数の指に出力できる環境の構築を行った。心臓血管外科における触診や圧排などの複数指による手技を対象とし、医療手技試行環境を構築した。(c)実測患者データからの臓器ボリュームモデルの構築大動脈瘤症例の実測患者CTデータから手術対象部位に関する臓器領域の抽出と三次元形状の定義、力学特性パラメータの設定等により弾性臓器ボリュームモデルの構築を行った。(d)手術計画システムへの統合と有用性の検証開発技術を手術計画システムへと統合し、外科医の参加の元、その機能と有用性を検証した。結果、術前計画において、医師間で想定される術中視野に関する三次元情報を共有でき、より綿密な計画が可能となることが分かった。