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鏡視下手術のための術中超音波ナビゲーションに関する研究

分野
生体医工学、医用システム工学、コンピュータ外科学
キーワード
ナビゲーション、超音波画像、位置計測、GPGPU
工学部 電気工学科

准教授 小野木 真哉

研究概要

 鏡視下手術において、組織内部の血管や腫瘍の位置確認には術中超音波が使用されている。しかし、術中超音波はサイズの制約から2次元プローブに限定されており、また、画像と術野との位置関係が明確ではない。そのため、術者は術中に超音波を走査しつつ頭の中で3D構造を想像する必要がある。
 3D超音波画像の構築にはフリーハンド3D超音波と呼ばれる手法がある。これは、位置センサを超音波プローブに取り付け、その位置情報と断層像から3D構築を行うものである。しかし、計算コストが高いため、スキャン後、数十秒待つ必要があり、その後、構築された3D画像を見ることができる。これは、診断であれば問題とならないが、術中においては手術の進捗に応じて頻繁に取り直すため、十分ではない。
 そこで、本研究ではグラフィックスカードを用いた並列計算(GPGPU)とGPUでのボリュームレンダリングを同時に実行することで、リアルタイムに3D構築するアルゴリズムの開発を行っている。開発しているシステムの概要とボリューム構築の結果をそれぞれFig. 1、Fig. 2に示す。本研究は九州大学病院・医学部と共同研究しており、臨床への適用に向けて準備中である。

Fig.1:Intra-operative 3D ultrasound system consisting of an intraop US transducer,
an electro-magnetic position sensor, and a workstation with a high-spec graphics card.

Fig.2:Realtime volume reconstruction and visualization by GPGPU technique.

利点・特徴  術中に簡便に3D画像を取得できるという点で医師の評価は高い。適用は、鏡視下肝切除、泌尿器科における鏡視下ロボット手術などが考えられる。
応用分野  この技術は、鏡視下手術だけでなく中心静脈穿刺など超音波ガイド下での処置に応用可能である。

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