ハプティックデバイスを用いた脳腫瘍摘出手術シミュレーション

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脳組織の損傷や破壊の状況は手術中の外科医にとって非常に重要な情報である．吸引管や剥離子による鈍的剥離巨視的な破壊はもちろんのこと，圧排による微視的な損傷でも脳神経に障害を誘発することがある．したがって，脳外科手術シミュレーションのために，脳組織の高精度な損傷モデルと脳組織に圧排をかけるときの応力や反力を精確に計算できる応力緩和モデルを構築することが必要である．そこで，申請者は豚の脳組織の試験片に対して引張破断実験を行い，脳組織の損傷破壊の力学特性を測定した．実験データに基づいて脳組織破壊・損傷モデルと応力緩和モデルを構築した．脳実質の物性値や損傷モデルに必要なパラメータを同定し，引張破断シミュレーションを行い，提案した損傷モデルがの実験で得られた豚の脳実質の損傷挙動を精度よく再現できることを確認した．また，慣性項を考慮した脳の粘弾性特性をシミュレーションで再現できる数値解析モデルを構築した．豚の脳組織を用いて応力緩和実験を行った．粘弾性パラメータを同定し，提案する応力緩和モデルを用いたシミュレーションを行った．シミュレーション結果を実験結果と比較し，提案した応力緩和モデルが脳実質の応力緩和を精度良く再現できることを確認した．これで，脳外科手術の鈍的剥離操作と脳圧排操作を忠実にシミュレータで再現できるようになり，脳外科手術シミュレータの実用化に貢献した．