東京医科歯科大学 生体材料工学研究所 バイオデザイン分野

サイトマップ

研究領域RESEARCH

3D超音波リアルタイムナビゲーションシステム

 超音波診断装置などの診断技術の進歩に伴い,妊娠期の胎児の異常が早期に発見できるようになってきました.そこで,死産や先天的障害に繋がるような重篤な疾患に対しては,胎児期に外科的処置を行い健康な赤ちゃんの出産を目指す「胎児外科手術」の研究・臨床が近年進められています.しかし胎児外科手術は胎児・母胎双方に非常に負担の大きい手術ですので,我々のグループではより低侵襲な胎児外科手術,「内視鏡下胎児外科手術」を実現すべく,研究を進めてきました.

 内視鏡下胎児外科手術の実現においてもっとも大きな問題点となる点は,その作業空間の狭さと子宮内組織の脆弱さです.たとえば双胎間輸血症候群(twin-twin transfusion syndrome, TTTS)において内視鏡下で臍帯・胎盤上の血管のレーザによる処置を行う場合には,内視鏡の狭く奥行感覚の希薄な視野の中,特に羊水の濁り等で視野を阻害されることの多い環境で,手術器具の組織への不用意な接触を防止しつつ,正確に術具を操作することが要求されます.

 我々はこの問題に着目し,術中に逐次取得した3D超音波診断画像を利用してリアルタイムに子宮内の情報を得つつ,術者の視野範囲拡大と術具誘導を行うリアルタイムナビゲーションシステムの開発を行っています.(国立成育医療研究センター,日立アロカメディカル(株),イノベンチャーシー(株)との共同研究です.)

Fig. 胎児外科手術用リアルタイム超音波ナビゲーション

 また,この技術を一般の腹腔鏡下手術にも応用し,内視鏡では視認できない視野外や臓器内の重要構造物の情報をリアルタイムに提示し誘導を行うことを目指しています.そのために胎児外科と同様に術中に広範囲な3D超音波画像を獲得できるよう,腹腔内をガスで無く等張液で充填し術野のコントロールと体外からの超音波画像取得を可能にする等張液充填式内視鏡下手術(Water-Filled Laparo-Endoscopic Surgery, WAFLES)の開発と3D超音波リアルタイムナビゲーションの応用を進めています.

 この術式では,腹腔内の温湿度の制御や水圧による静脈出血の抑制ができ,腹腔内が水で満たされていることから胎児外科と同様にリアルタイムに広範囲な3D超音波画像を獲得できます. しかし,超音波画像は他のCT/MRI等と比べ画質が悪く視野も制限されているため,3D超音波画像だけでの誘導は不十分だと考えられます.この問題を解決し高精度な誘導情報を提供するために,術前3DCT画像と術中3D超音波画像を統合させ正確な3Dレンダリング像を作成し,内視鏡による術野映像へ重畳表示する3D超音波リアルタイムナビゲーションシステムの研究を進めています.呼吸や体動により移動・変形する重要構造物の情報をリアルタイムに提示し誘導することが可能です.

参考:
千葉大学WaFLESプロジェクト(資源循環型の体腔内外再灌流回路を基盤とした次世代治療支援システムの構築)



Related publications

T.D. Pham, T. Igarashi, R. Nakamura,Surgical navigation system with fusing visualization of 3D ultrasound and CT image for water-filled laparo-endoscopic surgery, The 29th International Congress on Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2015), Barcelona, Spain, June 24-27, 2015, International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, 10(suppl):S56-7, June 2015

ファムドゥクタイ,五十嵐辰男,中村亮一,人工腹水灌流下手術(WaFLES)における術中3D超音波画像とCT画像の統合表示を利用したナビゲーションの構築,第28回日本内視鏡外科学会総会,大阪,12月10-12日,2015,日本内視鏡外科学会雑誌,20(7):OS251-2, 2015

伊藤夏織,五十嵐辰男,中村亮一,人工腹水灌流下手術(WaFLES)ナビゲーションにおけるリアルタイムデータ重畳表示法の開発,日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2014,東京,11月22日,2014,抄録集p12

伊藤夏織,五十嵐辰男,中村亮一,人工腹水灌流下手術(WaFLES)における術中3D超音波を利用した血管モデル重畳ナビゲーションの構築,第27回日本内視鏡外科学会総会 スポンサードシンポジウム「水中手術~体腔内外灌還流下治療の実現へのアプローチ」,盛岡,10月2~4日,2014

伊藤夏織,中村亮一,術中3D超音波からの領域拡張法を用いたリアルタイム血管モデル重畳ナビゲーションシステムの開発,第53回日本生体医工学会大会,仙台,2014年6月24日~26日,生体医工学,52(suppl.1):165,2014

Pham Duc Tai,中村亮一,等張液充填式腹腔鏡下手術用ナビゲーションシステムにおける3D超音波画像と3DCT画像の統合表示,第53回日本生体医工学会大会,仙台,2014年6月24日~26日,生体医工学,52(suppl.1):166,2014

Ikuma Sato, Ryoichi Nakamura, Evaluation of positioning error of GPU-based 3D ultrasound surgical navigation system for moving targets using optical tracking system, International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, 8(3):379-393, May 2013

Ryo Otsuka, Ikuma Sato, Ryoichi Nakamura, GPU based real-time surgical navigation system with three-dimensional ultrasound imaging for water-filled laparo-endoscope surgery, The 34th Annual International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2012), San Diego, Aug. 28-Sept. 1, 2012, Proceedings pp.2800-2803

I. Sato, R. Nakamura, Real-time 3D ultrasound surgical navigation system showing high position accuracy for moving targets, 26th International Congress on Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS2012), Pisa, Italy, June 27-30, 2012, Int J of CARS, 7(suppl1):S156-8, 2012

中村亮一,北角権太郎,長村伸一,田辺良子,須藤政光,勝池康允,望月剛,千葉敏雄,術中リアルタイム3D超音波診断画像を用いた胎児外科手術ナビゲーションの開発,日本コンピュータ外科学会誌,13(2):87-95,2011

中村亮一,北角権太郎,長村伸一,須藤政光,田辺良子,勝池康允,望月剛,千葉敏雄,4D超音波画像を用いた胎児手術用 「近接覚」ナビゲーション,超音波医学,37(Supple):S330,2010

中村亮一,北角権太郎,田辺良子,須藤政光,長村伸一,勝池康允,望月剛,千葉敏雄, リアルタイム3D超音波診断画像を用いた胎児外科手術ナビゲーションの開発,生体医工学シンポジウム2009, 千葉,9月18-19日,2009

Ryoichi Nakamura, Gontaro Kitazumi, Ryoko Tanabe, Yasumasa Katsuike, Masamitsu Sudo, Takashi Mochizuki, Toshio Chiba, Real-time Updated Navigation System with 4D Ultrasound Imaging for Endoscopic Fetal Surgery, The 5th Asian Conference on Computer Aided Surgery (ACCAS2009), Chang Bin, Taiwan, July 3-4, 2009, abstract pp.109

Ryoichi Nakamura, Yuko Nagase, Masamitsu Sudo, Takashi Mochizuki, Yoshihiro Muragaki, Hiroshi Iseki, Ichiro Sakuma, and Toshio Chiba, 4D ultrasound navigation system for endoscopic fetal surgery with sound alarming, Int J CARS, 3(suppl1):255, 2008



特許情報

発明者:望月剛,千葉敏雄,中村亮一他
発明の名称:「医療用ナビゲーションシステム」
特許番号:特許第5477889号
登録日:2014年2月21日
出願番号:特願2009-090193
出願日:2009年4月2日