ハプティクス環境を用いた心臓の4次元視覚・触覚表現

使用触觉环境对心脏进行 4 维视觉和触觉表征

基本信息

批准号：
01J03889
负责人：
中尾恵
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在手术领域，随着高级手术（例如最少的侵入性手术和机器人手术）的扩展，预计将扩大应用程序和培训系统等应用程序的范围。但是，目前的系统仅用于在整形外科手术和骨科手术中以及手术后以及在诸如脑外科手术和胸部手术等广泛的医疗部门中，通过管理危机和危机希望开发一种导致患者生活质量改善的系统。另一方面，我们启动了ActiveHeart，学习，训练和训练有素的系统以及困难的外科手术技术，这些技术有效地支持了基于虚拟现实技术的手术术前计划。在这个财政年度，我们提出并开发了一种机械计算方法，该方法可以对具有自主练习（例如心脏和主动脉）的器官进行高精油和互动响应，并开发了库作为C ++功能。开发的机械计算模型可以模拟在血管壁上产生的变形，并在主动脉触诊期间以高精确和实时的时间返回手动的反应力。通过开发预处理软件来支持和支持配置虚拟器官参数和刚度矩阵计算。此外，已经构建了一个系统来通过将开发库应用于带有功能强大的演示装置的标准PC，来模拟主动脉触诊。通过创建多种主动脉弓模型进行的评估实验，该系统有效地识别正常主动脉主动脉的硬度并实践硬化位点，并且对触诊经验和训练有用。