2013年12月19日木曜日

JRMへの論文掲載

Journal of Robotics and Mechatronics (JRM)に下記の論文が掲載されましたので,ご報告もうしあげます.

Norihiro Koizumi, Joonho Seo, Takakazu Funamoto, Yutaro Itagaki, Akira Nomiya, Akira Ishikawa, Hiroyuki Tsukihara, Kiyoshi Yoshinaka, Naohiko Sugita, Yukio Homma, Yoichiro Matsumoto, and Mamoru Mitsuishi, "Construction Methodology for NIUTS –Bed Servoing System for Body Targets-," in Journal of Robotics and Mechatronics (JRM), Vol.25, No.6, pp.1088-1096, 2013.

ダウンロードサイト(要登録,無料):
http://www.fujipress.jp/finder/xslt.php?mode=present&inputfile=ROBOT002500060023.xml

(概要)
 本研究では,呼吸・心拍等により能動的に運動する生体患部をロバストかつ高精度に抽出・追従・モニタリングしながら,超音波を集束させてピンポイントに患部へ照射することにより,がん組織や結石の治療を患者の皮膚表面を切開することなく非侵襲かつ低負担で行なう非侵襲超音波診断・治療統合システムの構築法を研究している.
 非侵襲超音波医療診断・治療統合システムを構築するにあたっては,『医デジ化』という,独自のシステム構築論に基づいて行なう.医デジ化とは,医療診断・治療における技能を機能として抽出,分解・再構築(構造化)し,これを定量的に解析し,さらに関数としてシステムの機構・制御・画像処理アルゴリズム上に実装することで,医療支援システムの開発に利用しようとするものである.
 このうち,本稿では,ベッド型のシステムを導入することにより患部を超音波画像内に拘束することで,患部の抽出・追従・モニタリングを容易化する手法を提案し,構築したベッド型の患部追従システムにより,実際のヒトの腎臓を適切に追従可能であることを確認した.

 本システムを用いて,現在までに実際のヒトの腎臓に対して平均1.7mm,標準偏差2.0mmでの患部追従を達成しております.今後,医デジ化のための機構・制御・画像処理アルゴリズムを改良してゆくことで,システム上でさらなる高速・高精度化を図り,安全・安心で質の高い医療支援システムを実現してゆければと期待しております.

2013年9月18日水曜日

第22回日本コンピュータ外科学会(2013年9月14-16日)東京大学本郷キャンパス)において下記2件の成果発表を行ないました.

小泉憲裕, 李 東俊, 月原弘之, 東 隆, 野宮 明, 葭仲 潔, 杉田直彦, 本間之夫, 松本洋一郎, 光石 衛,  "超音波画像追従におけるノイズ要因と画像の質(IQ)の評価法," 日本コンピュータ外科学会誌, Vol.15, No.2, pp.116-117, 東京大学本郷キャンパス, 東京.

(概要)超音波画像追従を行なううえで,超音波画像の質を劣化させるノイズ要因を7つに分類し,これを評価する指標を提案し,その有効性を確認した.本指標により,患部の抽出・追従・モニタリングが適切になされているかどうかをシステム側で把握することができ,これに応じた適応的な制御等が可能になる.

小泉憲裕, 板垣雄太郎, 李 東俊, 月原弘之, 東 隆, 野宮 明, 葭仲 潔, 杉田直彦, 本間之夫, 松本洋一郎, 光石 衛,  "肋骨による音響シャドウと呼吸による体動を有する腎臓ファントム・モデルの構築," 日本コンピュータ外科学会誌, Vol.15, No.2, pp.228-229, 2013.9.14-16, 東京大学本郷キャンパス, 東京.

(概要)超音波画像追従を行なううえで,超音波画像の質を劣化させるノイズ要因のひとつとして,肋骨による音響シャドウがあげられる.このノイズ要因下での追従性能のロバスト性を向上するために,その評価系を適切に構築することが求められている.
そこで,本報では,実際のヒトの腎臓と同様の幾何学的特性・音響特性・運動特性を有する腎臓ファントム・モデルを構築し,超音波画像上でその有効性を評価した.

本学会の発表では,発表に関する利益相反(Conflict of Interest:COI)の有無を表明することがもとめられていました.

利益相反(Conflict of Interest:COI):
利益相反とは,外部との経済的な利益関係により公的研究で必要とされる『公正』かつ『適正』な判断が損なわれる,または損なわれるのではないかと第三者から懸念が表明されかねない事態のことを言います.
利益相反は程度の差こそあれ必ず存在するものです.利益相反があること事態が問題なのではなく,それにより研究の倫理性および科学性が揺るがないことが大切です.そのため,利益相反に関しても個人で管理するのではなく,第三者が研究の倫理性および科学性を審査し担保する体制が必要です.
http://www.kitasato-u.ac.jp/hokken-hp/chiken/REC/kenkyu_sub5.htm


質疑応答は下記のとおり
(Q)誤差のばらつきを利用した評価指標と画像相関を利用した評価指標の関係はどうなっているか?(東大・中島先生)
(A)2つの評価指標は独立の指標となっている.それぞれのノイズ要因に対応した適切な評価指標が求められている.
(Q) 面外の運動による追従はどのように行っているか?(東大・中島先生)
(A)今回の発表では説明しなかったが,実際には2つのプローブを利用して患部の3次元的な運動を検出できるようなプローブ配置となっている.

Q.今から開発しようとするシステムは
体軸方向の運動ではなく,肋間での動きを有するものなのか
A.そうです。
Q.今のファントムで追従実験は行なったのか。
A.はい。
Q.その誤差はいくつなのか。
A.1.78mmです。
Q.それはヒトの場合と比べると少ないのではないか。
その理由とは。
この違いによる問題はないのか。
A.ヒトの周りの筋肉や脂肪、血管などがあります。
ファントムの場合それがないので比較的にきれいに見えて
その分誤差が少ないと思われます。
今回のファントムモデルの場合
新しい手法の評価のため
超音波画像上で同様な肋骨シャドウと腎臓の動きが必要だったため
追従誤差の違いは大きな問題にはなりません。

2013年9月4日水曜日

首都大学東京 南大沢キャンパスで開かれている第31回日本ロボット学会学術講演会において,下記の口頭発表を行ないました.

小泉憲裕, 李 東俊, 月原弘之, 東 隆, 野宮 明, 葭仲 潔, 杉田直彦, 本間之夫, 松本洋一郎, 光石 衛,  "医療技能の技術化・デジタル化に基づく非侵襲超音波診断・治療統合システムの構築法―超音波画像によって同定された生体患部追従誤差に基づくPD制御の問題点と解決策―," 第31回日本ロボット学会学術講演会予稿集, 2013.09.4-6, 首都大学東京 南大沢キャンパス, 東京. 

発表内容の要点は以下のとおり,

要点:
医療支援システムにおけるロボットの制御系を構築するにあたっては,PD制御系が多用されてきた.しかしながら,超音波画像という画像診断モダリティは,その取得原理上多くのノイズ要因(noise factors)を含む.超音波診断画像によって同定される患部追従誤差データが空間的(本システムの場合,およそ0.3-0.4mmの分解能)および時間的に(本システムの場合,サンプリング周波数は40-50Hz)離散的であることを考えれば,追従誤差には本質的に高周波のノイズ成分が含まれてしまうことは容易に想像できよう.

PD制御におけるPおよびDゲインはこの高周波ノイズ成分を増幅した速度指令値をロボットに与えることになる.そのため,PD制御のみでは,追従安定性が損なわれてしまうという問題点がある.本報では,この問題を克服するために,生体患部がなめらかな運動特性(患部運動のメインの周波数はおおよそ1Hz以下)を有し,なおかつロボットの患部追従運動自身が生体患部運動のよいモデルになっていることに着目し,これを利用した2自由度制御系を行なうことで追従安定性および追従精度の向上を図る.

おもな質疑応答は以下の2点でした.

(Q)平滑化のパラメータは心臓などの高周波の患部運動を追従する際に問題にならないか?(早稲田大・石井先生)
(A)現在の平滑化パラメータのカットオフ周波数の設定値は100Hz以上ある.心臓の周期は1Hzであり,上記のカットオフ周波数はこれよりも十分に大きい.一方で,超音波診断画像取得の際の時間おくれが心臓の追従においては問題になる.時間遅れは位相余裕に直接効いてくる。特に,心拍(~1Hz)のように,呼吸(~0.25Hz)と比較して高周波の場合には,この問題が顕在化する.

(Q) 追従精度は患者の初期位置・姿勢に依存するのか?(東大・正宗先生)
(A)依存する.たとえば,テンプレートの取得などは患者の初期位置・初期姿勢に依存する.経験的に適切なテンプレートを取得することで,精度を向上させることがわかっている.また,ノイズに対してロバストなテンプレートを利用することで,初期位置・姿勢による精度の低下をなるべく吸収できるよう工夫している.




2013年8月27日火曜日

特許登録

下記の特許について,特許登録されましたので,ご報告もうしあげます。
特許の内容は超音波による非侵襲的な結石治療のために,生体内の結石を抽出・追従・モニタリングする方法および装置に関するものです。

東大TLOの方にお聞きしたところ,拒絶通知なしに,一発で特許登録査定されたことは,大変めずらしいとのこと。特許証が大変立派だったので,東大TLOの方にお願いして,カラースキャンしたバージョンを送付していただきました(下記),のちほど,原本が届くのが楽しみです。

光石 衛, 小泉憲裕, 李 得熙, 松本洋一郎, 葭仲 潔, 杉田 直彦, 野宮 明, "生体内結石検出装置", 特許第5311392号, 2013.7.12,  特願2009-057362, 2009.3.11.
公開特許公報(PDF)
特許証(PDF)

2013年6月13日木曜日

Kevin Lynch先生、来研時にデモ

Rehabilitation Roboticsなどで有名な,Kevin Lynch先生がいらっしゃったので,非侵襲超音波診断・治療統合システムをデモしました。IEEE Trans. on Roboticsへ投稿した論文の査読をしていただいたり、大変お世話になっています。

Kevin Lynch先生:
http://nxr.northwestern.edu/people/kevin-lynch

5分間の予定が,話がはずんで,10分くらいに伸びました。『3次元の追従をどのようなしくみでおこなっているか?』などの質問から、話がはずみました。

2013年5月23日木曜日

ROBOMEC2013における成果発表

ROBOMEC2013(つくば国際会議場)において下記の2件の成果発表(ポスター発表)を行ないました.
http://www.jsme.or.jp/rmd/robomec2013/

小泉憲裕, 板垣雄太郎, 月原弘之, 東 隆, 野宮 明, 葭仲 潔, 杉田直彦, 本間之夫, 松本洋一郎, 光石 衛, "医療技能の技術化・デジタル化に基づく非侵襲超音波診断・治療統合システムの構築法," 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス'13講演会講演論文集, 1A1B13, 2012.05.23, つくば国際会議場, つくば.

板垣雄太郎, 小泉憲裕, 月原弘之, 東 隆, 野宮 明, 葭仲 潔, 杉田直彦, 本間之夫, 松本洋一郎, 光石 衛, "非侵襲非侵襲超音波診断・治療統合システムの構築法(第5報)―超音波プローブの位置と姿勢の制御による生体追従精度の向上―," 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス'13講演会講演論文集, 1A1B12, 2012.05.23, つくば国際会議場, つくば.

配布資料を70部用意して臨んだのですが,90分の発表の中盤で,すでになくなってしまい,,,合計100名以上の方々とポスターの前でディスカッションでき,大変有意義な意見交換ができました(貴重なご意見まことにありがとうございました!).

以下,質疑応答の一部を紹介します.

(Q) 冗長化することによって機構や開発コストが大きくなってしまうのでは?
(A) よい質問!重粒子線治療など,医療機器では,治療効果や安全性向上のためのコスト負担は許容されやすい.たとえば,重粒子線治療では,病院のワンフロアを使うような巨大なシステムと,1回300万円という高額な治療費も許容されている.手術支援システムでは,腹腔内など,限られたワークスペースという制約のもとで,システムを作りこむ必要があるが,本システムでは,システムを体外に作りこむため,このような制約がない.逆に,ある程度,患部から距離をとることにより,$r^2$に比例してHIFU照射用のトランスデューサの面積(球面)を確保でき,結果として,照射強度を確保しやすいという利点がある.

(Q) いつスタートしたプロジェクトか?何年後に実用化するか?
(A) 2005年にプロジェクトをスタートした.5年後に,最初のシステムが商品化できると期待している.ISTU(International  Symposium on Therapeutic Ultrasound)などの国際学会では,ここ2, 3年体動補償の研究が急増しており,我々の研究はその先導的な存在になっている.

(Q) 本研究の応用にはどのようなものがあるか?
(A) 本研究の波及効果は幅広く,なかでも,生体患部の運動補償技術は極めて有望な将来技術と期待されている.具体的に,腎癌や腎結石のみならず,乳癌,肝癌,前立腺癌,膀胱結石,胆石などへの応用も期待されており,日立アロカと共同で特許出願をすすめている.重粒子線や炭素線といった,最新のがん治療にも,超音波画像による患部運動補償の適用が期待されており,医療機器メーカと意見交換している.心臓癒着をはじめとする心臓機能評価(東大心臓外科との共同研究,特許出願),腰痛・関節痛などの痛みの評価・治療(産総研,高知大学医学部,愛知医大との共同研究)についても,予算がつき,研究に着手している.超音波による内臓脂肪量計測における精度向上(東大病院,日立アロカとの共同研究)にも,本研究・技術の応用が強く期待されており,共同で特許出願を進めるとともに,民間病院の人間ドックにおいて医師主導臨床治験を実施している.医師からは,超音波ガイド下での穿刺生検やラジオ波による治療における体動補償にも本技術が適用できるのではないかという助言をいただいている,

2013年2月25日月曜日

Prof. Charles A. Cainの講演


Michigan大のProf. Charles A. Cain先生にシステムのデモンストレーションを行なう。

historipsyに関する専門家で,氏の講演を聴講した。