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。

由于手术领域的最低限度侵入性和机器人手术等先进的手术正在扩大，因此希望能够扩展计算机辅助计划和培训系统的应用范围。但是，当前的系统仅限于硬组织手术计划和整形外科和骨科的术后预测，希望将开发一种系统，通过支持术前的医疗部门（包括神经外科手术和胸腔手术），通过支持术前计划和危机管理来改善患者的生活质量。作为回应，我们启动了手术模拟开发项目：ActiveHeart，并开发了一个系统，该系统有效地支持了基于虚拟现实技术处理软组织的手术术前计划，以及一个可以学习和训练非常困难的手术技术的系统。今年，我们提出并开发了一种动力计算方法，该方法可以启用VR模拟，以返回涉及自主运动（例如心脏和主动脉）的器官的高精度和交互式响应，并已转换为C ++的函数。开发的力学计算模型可以模拟主动脉触诊过程中血管壁中发生的变形，而反应力则基于有限元方法，以高精度和实时返回手。通过开发预处理软件支持虚拟器官参数设置和刚度矩阵计算。此外，通过将开发库应用于配备有力表现设备的标准PC，我们构建了一个可以模拟主动脉触摸的系统。通过创建多种主动脉弓模型进行的评估实验的结果，可以证实该系统有效地练习识别正常主动脉的刚度并确定刚度的位点，并且对触诊经验和训练非常有用。