臓器物理モデル物性パラメータ値の術中同定に関する研究

近年,質の高い医療を実現するために,手術支援ロボットシステムの研究開発が行われており,手術支援ロボットの制御法として臓器物理モデルを用いた力学的な数値シミュレーション情報を活用する方法が提案されている.ここで,実臓器の挙動を数値シミュレーションで精度よく計算するためには,臓器モデルに弾性率など臓器の諸物性パラメータ値が精確に設定される必要がある.

しかし,人体組織の物性パラメータ値を得ることは一般に困難である.臓器の物性は患者の年齢・性別・病歴・日常環境などの要素に起因して個人差があり,また,これら物性パラメータ値を非侵襲的な方法で精度良く測定する技術は確立されていないからである.このため,現状では臓器モデルに設定される物性パラメータ値は不確かな概算値にとどまり,このことは臓器モデルを用いた力学的な数値シミュレーション情報の信頼性を低下させる一因になっている.

そこで本研究では,外科手術環境下において得られる観測情報を利用して臓器モデルに設定された物性パラメータ値を逐次修正することによって,最適な物性パラメータ値を同定する手法の開発を行っている.

 【主要研究実施者: 早稲田大学 星雄陽】 

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Fig. System overview

n国際会議報告(査読あり フルペーパー)

1.   Takeharu Hoshi, Yo Kobayashi, Kazuya Kawamura and Masakatsu G. Fujie, “Developing an Intraoperative Methodology Using the Finite Element Method and the Extended Kalman Filter to Identify the Material Parameters of an Organ Model”, in Proceeding of the 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’07), pp469-474, 2007

2.   Takeharu Hoshi, Yo Kobayashi, Kazuya Kawamura and Masakatsu G. Fujie, “Developing an Intraoperative Methodology Using the Finite Element Method and the Extended Kalman Filter to Identify the Material Parameters of an Organ Model”, in Proceeding of the 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’07), pp469-474, 2007

3.    Takeharu Hoshi, Yo Kobayashi and Masakatsu G. Fujie, Method to Generate Distribution Maps of the Material Parameters of the Human Body Using Robotic and Dynamic Simulation Systems”, in Proceedings of 2009 IEEE/SICE International sympojium on system integration (SII’09), pp.60-66, 2009

4.    Takeharu Hoshi, Yo Kobayashi, Masakatsu G. Fujie, “Quantitative Palpation to Identify the Material Parameters of Tissues Using Reactive Force Measurement and the Finite Element Simulation”, in Proceedings of 2010 IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS’10), pp.2822-2828, 2010

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