学術情報基盤 オープンフォーラム2018

8Ｋ超高精細映像技術とその医学応用～8K技術による内視鏡手術から今後の医学教育まで～

メディカル・イメージング・コンソーシアム（MIC） 副理事長
ニューヨーク州立大ストーニーブルック大学医学部 研究教授

カイロス（株） テクニカル・アドバイザー（元NHK放送技術研究所）

谷岡 健吉
2018年6月20日

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本日の講演の要点

医療の映像技術は超高精細8Kスーパー
ハイビジョンの活用に向かって急速、確実に動き始めた

2017年12月
日本内視鏡外科学会展示より

8K内視鏡カメラが2017年9月に製品化された（カイロス製 カメラヘッド 370g）
2

永井良三先生の2014年
NHK技研公開でのご講演の資料より

3

テレビの規格は画面の水平方向の画素数でよばれている（昔は走査線本数）

2Kテレビ

水平画素数：1920（ハイビジョン）（約200万画素）

約２000のため2K

4Kテレビ

水平画素数：3840

垂直画素数：1080

垂直画素数：2160（約800万画素）
約４000のため４K

8Kテレビ

水平画素数：7680

垂直画素数：4320（スーパーハイビジョン）（約3300万画素）
約８000のため８K

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まず8Ｋスーパーハイビジョンを生み出したNHK放送技術研究所（NHK技研）の紹介
放送の進歩発展に関わる技術の調査・研究を基礎から応用まで実施
設立 １９３０年
所員 ２５８名（研究者２３０名）
博士 ８７名（２０１８年３月末現在）

NHK技研 東京 世田谷区 砧

衛星放送、ハイビジョン、デジタル放送、PDPテレビ、超高感度テレビカメラなどの技術を開発、実用化
究極の高臨場感テレビ

次世代テレビとして2000年に 8Ｋスーパーハイビジョンの開発に着手
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なぜNHK技研の技術が医学に？

先進映像技術は医学研究、医療に役立つ！
いずれも医学研究に活用

NHK技研における３つの“超”のイメージング技術
・

超高感度撮像技術
超高感度HARP（ハープ）撮像管とそのカメラ

・

超高速度撮像技術
超高速度CCDとそのカメラ・

超高精細映像技術
8Ｋスーパーハイビジョン（ハイビジョンの16倍の画素数）
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CEATEC 2015 シャープ様の展示より

7

CEATEC 2015
シャープ様の展示より

8

8Kスーパーハイビジョンについて
8Kテレビ（3300万画素）は4Kテレビ（800万画素）との画素数競争で生まれたものではない
人間科学的アプローチによる開発

910

観視画角と心理効果（誘導効果）
半球ドームでの誘導効果の測定

850mm

広視野画像投影系

150mm

観察者

傾けられた静止画の大きさを変える

半球状
スクリーン
視線高調整台観察者の主観的な体の傾きを測定
NHK資料より

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観視画角と心理効果（誘導効果）
2Kハイビジョン

HDTV

8K

Super Hi-Vision

誘導角（度）-5平行格子-4

吊り橋

-3

広場

-2
-1
030度

100度

30 60

90

120 150 180

誘導画像の提示角度（度）NHK資料より

12

13

8Kスーパーハイビジョンの仕様（2Kとの比較）
8Kスーパーハイビジョン（SHV）

2Kハイビジョン（HV）

画素数

7680×4320（3300万）1920×1080（200万）

横縦比

16：9

16：9

標準観視距離（H：画面の高さ）

0.75H

3H

標準画角
（水平面）

100度

30度

音響システム22.2ch5.1ch

ヒューマンサイエンスに関する研究成果を基に決定
NHK資料より

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8Ｋスーパーハイビジョンカメラ（１）15
NHK資料より

8Ｋスーパーハイビジョンカメラ（２）第３世代（2010年）

小型カメラ(2012年)

単板方式（2.5インチCMOS） 5Kg

この技術を基に医療用小型８Kカメラ(2.5Kg)を開発
16
NHK資料より

2006年ごろの8Ｋスーパーハイビジョンの状況
8Kの要素技術はNHKを中心に日本では固められていたが、海外、特にヨーロッパの放送機関との次世代TVシステムに関する研究連携の実現が課題であった（国際標準化促進の観点から）2006年9月、アムステルダムで研究連携の提案ミーティング

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欧州公共放送機関とNHK技研との連携による研究推進
EBU（欧州放送連合）、イギリス BBC、イタリア RAI、ドイツ IRT

調印式

2007年2月8日NHK技研

8Ｋスーパーハイビジョンなどの次世代放送技術は国際連携で研究開発を進める
NHK資料より

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２００８年９月、アムステルダムでの国際放送展(IBC)で、英国BBC、イタリアRAIなどと初の8Ｋスーパーハイビジョンの国際伝送共同実験を展示

ロンドンからのIP光伝送実験の展示

トリノからの衛星伝送実験の展示

14GHz

12GHz

欧州の公共放送研究機
関等との連携による次世代放送技術の開発をアピール

NHK資料より

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国際標準化を促進する8K開発の国際連携については一定の評価

しかし新たな問題が発生！
新たな問題とはある8K機器開発メーカーからの苦情：
NHK技研から開発発注があっても、単発的で継続性がなく、8K放送実用化までどのようにして自社の開発部隊を維持するかが深刻な問題
NHK技研への協力が難しくなるとの話（2008年）
多くのエレクトロニクス関係メーカーが医療事業に参入する動きの中で8K医療応用に関心

8Kの医療応用実験をNHKと国立成育医療研究センターなどとの連携でスタート（2009年）

先進映像技術での社会貢献の必要性
超高感度HARPカメラによる医学応用経験

研究成果をNHKで番組化できる可能性あり

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8Ｋの医療応用はなぜ国立成育医療研究センターで始まったか？
国立成育医療研究センター研究所の千葉敏雄医師（現メディカル・イメージング・コンソーシアム理事長）が、NHK技研に超高感度HARP（ハープ）撮像技術の胎児手術用内視鏡カメラへの応用の相談に来られたことが大きく関係しているNHK番組より超高感度HARPカメラ CCDカメラ
全日空機ハイジャック事件夜間緊急報道（函館空港 1995年6月22日午前3時半ごろ）

ハイジャック事件の超高感度HARPによる夜間緊急報道の映像を再放送
番組で見られたとのこと

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HARP（ハープ）とは？

平成8年恩賜発明賞受賞● アモルファスセレン半導体の中で生じる「なだれ増倍現象」を利用した高感度な光電変換膜（1985年ＮＨＫ技研で原理発見）
HARP光電変換膜

HARP撮像管HARP：High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor
月明かりでハイビジョン撮影が可能

暗くても鮮明に撮れる

通常の放送用カメラ（ＣＣＤカメラ）
超高感度HARPカメラ
22（被写体照度 0.3ルクス、レンズ絞り 開放）8Ｋスーパーハイビジョンの医療応用への取り組み（NHKと国立成育医療研究センターとの連携）

最初の動物実験 2009年7月28日

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8Ｋスーパーハイビジョンの医学応用実験（世界初）
国立成育医療研究センターとＮＨＫの共同実験
8Ｋカメラ（40Kg）

ウサギの肝臓手術の実験を撮影（2009年7月28日） 国立成育医療研究センター研究所 千葉研究室

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ウサギの肝臓手術実験の撮影例（国立成育医療研究センター 2009年7月28日）

8Kスーパーハイビジョンカメラ撮影

2Kハイビジョンカメラ撮影

8Kと2Kの映像の左右上下を切り取り、双方を等倍拡大
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8Ｋスーパーハイビジョンの医学応用実験（2009年7月28日）

実験参加の医師の意見○ 双眼ルーペ（3.5倍）で直接見るよりも情報量が多く、また、執刀医以外の医療スタッフも同時に手術の状況を把握できるので安全性の向上が期待できる○ 遠隔病理診断や医学教育に役立つ
国立成育医療研究センター

放送より先に医療分野で実用化される可能性あり
医学関係者のみならず、カメラメーカー、ディスプレイメーカー等も医療応用に強い関心
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2012年10月1日

メディカル・イメージング・コンソーシアム（MIC）を設立
一般社団法人化：2013年8月7日
理事長
千葉敏雄(医師)副理事長 谷岡健吉
事務局長 上野直樹

設立したコンソーシアムを通して、医学、工学などの関係者が同じ土俵で議論し、また、それぞれの現場を知って互いに協力することで、真に役に立つ高度なメディカル・イメージング技術の開発を加速させる

人の幸せに直結する医学の進歩
新産業の創出27

8Kシステムの内視鏡（硬性鏡）手術への応用
2013年12月7日
動物による実験2014年11月10日
臨床応用28医療応用、でもなぜ内視鏡手術なのか？
どのような内視鏡手術においても必ずカメラとディスプレイが用いられることから、8Kのテレビシステムが持つ超高解像度特性を最も有効に活かせると考えた

内視鏡手術は低侵襲治療、患者の体にやさしい治療
29

内視鏡手術用8Kカメラ（2013年2月開発）
第1世代
高さ（H): 170mm
幅(W) : 140mm
奥行(D): 200mm
重量: 2.5Kg

内視鏡手術用としては、大きさ、重量の問題はあるが、当時は世界最小の8Kカメラ©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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8K内視鏡による動物手術実験の様子

国立成育医療研究センター研究所実験室
2013年12月7日©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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2Kハイビジョンの16倍の画素数（3300万）

8Kカメラ適用でどんな効果があったか（動物実験）©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

328K技術による三つの大きな効果
新しい（魔法の）手術空間引いた位置から撮影（4Kディスプレイ

細い血管・神経等・臓器同士の境界の識別

超高精細

遠隔医療・医学教育

大画面・臨場感

使用では電子ズームによる拡大視も可）©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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これまで医師がイライラしていたコト
従来型

カメラ
内視鏡

従来の内視鏡では、拡大して見たければ近づけなければならない

手術器具

手術器具と内視鏡がぶつかってしまう©2013-2018Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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8K適用により新しい手術空間が生まれる
8K
カメラ

内視鏡

手術器具

8Kでは引いた位置から撮影しても手術部位が鮮明に見える広々とした空間で手術できる！

©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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新しい手術空間が生まれた！
電子ズーム前内視鏡を近づけなくとも細かく見える！

電子ズーム後 （4Kディスプレイ使用時の例）

同じ広い手術空間！
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36肉眼で見づらい極細の糸が内視鏡で見えた！
4-0の糸: 0.15～0.199mm

モニターがTV顕微鏡になる！
（超高精細の効果）
10-0の糸: 0.020～0.029mm

8K

中央を切り出し表示（4K相当）©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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8Ｋ遠隔医療・医学教育
遠隔医療伝送技術

8K国際伝送はロンド
ンオリンピックのパブリックビューイングなど
で実証済み
NHK資料

リンドバーグ手術（ロボット遠隔制御による手術）

医学教育

従来にない超高精細映像の効果に期待38手術室で何が変わるのか？
血管や神経の判別がつきやすくなる（動物実験の結果から）

8K応用の効果（予測を含む）微細な血管の脈動まで見える（蛇口医師）
血管や神経の吻合（つなぎ合わせ）が容易に（青木医師）
腹部だけでなく、心血管外科、整形外科、形成外科、脳神経外科、耳鼻科、眼科領域などの手術も容易に（青木医師）

臓器の膜構造や組織の表面形状を把握しやすい虚血（局所的な貧血）の判定が容易になる（蛇口医師）
一般にわかりづらい膵臓と周辺組織（血管や神経、リンパ節など）の境界が判別しやすくなり、重要な部位を傷つけることなく剥離などの操作が容易に（赤星医師、蛇口医師、青木医師）

がん組織とそうでない部分の見分けがつき、摘出が容易に（青木医師）

管状組織の吻合操作が容易に
腸管-膵管吻合、胆管吻合、尿管吻合などにも有効（青木医師）

臓器や組織を直接見ているような感覚で手術できる©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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第2世代8K内視鏡カメラ（臨床研究用）
視野拡大用レンズ（レンズアダプタ）

8Kカメラヘッド2.5ｲﾝﾁCMOS撮像素子
単板式3300万画素（2.2kg、125x130x185mm）

第1世代の約60%の容積に小型化（2014年9月）

硬性鏡30°斜視, 外径10mm
ﾚﾝｽﾞ径6mm©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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70代男性患者二人の胆のう摘出手術を8K内視鏡カメラを用いて実施

杏林大学医学部付属病院

NHKニュースウオッチ９より（2014.11.10）
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杏林大学医学部付属病院
NHKニュースウオッチ９より（2014.11.10）42

8K内視鏡の利点と課題（臨床応用後）〇利点
・照明が十分な条件では、従来にない極めて鮮明な画像が得られた
・立体感・実物感（見た目のリアルさ）に優れていた
・目が疲れにくかった●課題
・感度不足であり、暗い場合には色合いにも影響した
・カメラヘッドが大きく、手術野に干渉した・カメラヘッドが重く、支えるのが大変だった
・画像中心部に比べての周辺部解像度が劣化
・ディスプレイを見る位置で、色、コントラストが変化©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

43医療応用（内視鏡手術用）8Kカメラの感度2.5インチのイメージセンサを使用

本8Kカメラの感度：2000 lx F4.88Kカメラ（第2世代）
この感度は2/3インチ系センサ（対角線長11mm）の場合に換算すると 2000 lx F1.62/3インチ系センサ使用の放送用ハイビジョンカメラの感度は2000 lx F10
2.5インチCMOSセンサ
29.8mm

本8Kカメラの感度は、ハイビ
ジョンカメラの約1/4016.4mm〇新開発の8K用CMOSセンサは感度が約4倍向上との情報

カメラの感度向上を期待

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8K内視鏡用（医療用）カメラ
第1世代カメラ
MIC

第2世代カメラ
小型化
MIC

H170xW140xD200mm, 2.5kg

H125xW130xD185mm, 2.2kg

さらに大幅な小型・軽量化が必要！

©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

45世界最小・最軽量8Kカメラの開発に成功（2016年5月）

ブルックマンテクノロジ社製
8K CMOS BT3300Nを使用

OPIE’16 メディカル＆イメージングEXPO(2016年5月18～20日、パシフィコ横浜）で世界最小・最軽量の新開発8Kカメラを初公開©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

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47

48

8Kカメラ

硬性内視鏡

レンズアダプタ

実用型試作8K内視鏡カメラ（重量450g、2016年12月2日完成）
日本大学、メディカル・イメージング・コンソーシアム、カイロス（株）による8K内視鏡
カメラとそれによる手術映像の展示（2016年12月8日～10日、日本内視鏡外科学会総会展示会場、パシフィコ横浜）49

2017年3月16日

実用型試作8K内視鏡カメラによる内視鏡手術（小型・軽量、感度改善型8Kカメラ）

杏林大学医学部外科

森 俊幸 教授

杏林大学医学部付属病院での8K内視鏡手術（85インチ8Kディスプレイを使用） 50

新開発小型8K内視鏡カメラでは実効感度が約10倍向上

旧8K内視鏡カメラによる胆のう摘出手術（2014年11月10日、杏林大学病院）

新開発小型8K内視鏡カメラによる胆のう摘出手術（2017年3月16日、杏林大学病院）

51

国立がん研究センター 加藤友康先生執刀

拡大

神経を確認しやすい2017年9月9日 日本産科婦人科内視鏡学会（岡山）展示会より

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8K内視鏡カメラ
8K内視鏡カメラ

硬性内視鏡レンズ2017年6月19日

順天堂大学 順天堂医院 院長 天野篤先生による心臓手術を新開発8K内視鏡カメラで撮影
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CEATEC 2017年
シャープ様の展示より

順天堂大学 順天堂医院 院長 天野篤先生による心臓手術を新開発
8K内視鏡カメラで撮影
2017年6月19日
542017年9月29日 世界初の8K内視鏡システムの製品化発表

カメラヘッド370g

開発に際して一部、国立研究開発法人日本医療研究開発機構（AMED）からの助成を受けました59

8Ｋ内視鏡（製品）による直腸がん手術
聖路加国際病院 2018年1月11日 大東先生
56

８Ｋ直視型ディスプレイ
188cm×106cm

127cm× 740cm

NHK技研 R&D/No.152/2015.8より

このほか17インチ、27インチ、30インチ、70インチ、98インチ、110インチ型などが開発されている。今後様々なサイズの8Kディスプレイが製品化されるとみられる
57

シャープ70インチ型8Kディスプレイ 153.9cm×86.6cm
約42.5kg

約470W

2017年6月30日発売

58

8K手術顕微鏡の臨床応用（眼科三宅病院）

2014年12月5日

眼科三宅病院（名古屋）©2013-2018 Medical Imaging Consortium. All rights reserved.

59

２０１５年１０月２４日（名古屋国際会議場）

約６００名の眼科医が参加

8Kカメラの顕微鏡眼科手術への応用等について議論

3D化による8Kヘッドアップサー
ジャリー実現への期待が大60

OPIE2017 4月20日（パシフィコ横浜 ）MIC、カイロス社展示ブース

５５インチ8K液晶3Dディスプレイ展示
パナソニック液晶ディスプレイ社、アストロデザイン社と共同開発
61

NHK Eテレより

Eテレ 2017年9月16日放送 TVシンポジウム
62NHK Eテレより

Eテレ 2017年9月16日放送 TVシンポジウム
63

今後の取り組みなどについて
多数の症例による8K超高精細内視鏡の有効性の検証、８K手術顕微鏡（8K-3D）の開発などを進める
このほか「産総研、光ネットワーク超低エネルギー化技術拠点」との連携による遠隔医療の実験を開始する
8Kの医療、防災、芸術などのさまざまな分野への展開の成功が、8Ｋ放送普及の後押しとなる！！
ハイビジョン（2K） の発展は放送分野がリードしたが、8Ｋはそれとは異なった展開になるとみている
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ご清聴有り難うございました谷岡健吉

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