下記、ポスター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, 杉田直彦, 本間之夫, 松本洋一郎, 光石 衛, "集束超音波による治療システムの開発," 東京大学先端医療開発フォーラム, F5, 2014.1.24, 東京大学伊藤国際学術研究センター, 東京.
（Q）従来のESWLによる結石治療と比較してどうか？
（A）松本研究室との共同研究で，従来のESWL治療よりよりピンポイントな治療法を開発している。そのピンポイント性を生かすためにも高精度な追従が期待されている．従来のESWLによる治療では破砕片が大きくなる．一方で共同研究者の松本らが提案するCCCL（Cloud Cavitation Control Lithotripsy）法では，お湯のなかの角砂糖のようにさらさらと結石を破砕することができる\cite{UMB2006:TIkeda}．CCCL法では，従来法よりも破砕に時間を要するため，治療の高効率化のために超音波の焦点と患部とが高精度に常時一致する患部追従（Focal Lesion Servo: FLS）機能が求められている．
\bibitem{UMB2006:TIkeda}
T.~Ikeda, S.~Yoshizawa, M.~Tosaki, J. S.~Allen, S.~Takagi, N.~Ohta, T.~Kitamura, and Y.~Matsumoto, \emph{Cloud Cavitation Control for Lithotripsy Using High Intensity Focused Ultrasound}, in Ultrasound Med Biol, vol.32, no.9, pp.1383-1397, 2006.
2014年1月24日金曜日
2014年1月8日水曜日
IJATへの論文掲載
新年明けましておめでとうございます．
下記の論文がInternational journal of Automation Technologyに掲載されましたので，ご報告もうしあげます．
Norihiro Koizumi, Kouhei Oota, Dongjun Lee, Hiroyuki Tsukihara, Akira Nomiya, Kiyoshi Yoshinaka, Naohiko Sugita, Yukio Homma, Yoichiro Matsumoto, and Mamoru Mitsuishi, "System Identification Method for Non-Invasive Ultrasound Theragnostic System Incorporating Mechanical Oscillation Part," in International Journal of Automation Technology (IJAT), Vol.8, No.1, 2014.
ダウンロードサイト（要登録，無料）：
http://www.fujipress.jp/finder/xslt.php?mode=present&inputfile=IJATE000800010013.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，機構部の振動を抑制するために，力センサおよびゴムひもを利用して機構振動部の共振周波数を同定する手法を提案するとともに，これをもとに振動抑制フィルタを実装したのでその結果について報告する．
安全・安心な非侵襲超音波医療診断・治療統合システムを構築するためには，患部追従のための超音波画像の質（IQ）に影響を与える機構振動を抑制する必要がある．
下記の論文がInternational journal of Automation Technologyに掲載されましたので，ご報告もうしあげます．
Norihiro Koizumi, Kouhei Oota, Dongjun Lee, Hiroyuki Tsukihara, Akira Nomiya, Kiyoshi Yoshinaka, Naohiko Sugita, Yukio Homma, Yoichiro Matsumoto, and Mamoru Mitsuishi, "System Identification Method for Non-Invasive Ultrasound Theragnostic System Incorporating Mechanical Oscillation Part," in International Journal of Automation Technology (IJAT), Vol.8, No.1, 2014.
ダウンロードサイト（要登録，無料）：
http://www.fujipress.jp/finder/xslt.php?mode=present&inputfile=IJATE000800010013.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，機構部の振動を抑制するために，力センサおよびゴムひもを利用して機構振動部の共振周波数を同定する手法を提案するとともに，これをもとに振動抑制フィルタを実装したのでその結果について報告する．
安全・安心な非侵襲超音波医療診断・治療統合システムを構築するためには，患部追従のための超音波画像の質（IQ）に影響を与える機構振動を抑制する必要がある．
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．
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。
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．
（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．
