大腸内視鏡挿入支援を実現する空圧駆動高柔軟ラバーアクチュエータの開発
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21K12727
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90130:Medical systems-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
原田 馨太 岡山大学, 医学部, 客員研究員 (30728150)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
脇元 修一 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (40452560)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2024: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 大腸内視鏡検査 / 自走式内視鏡 / ソフトアクチュエータ / 空気圧アクチュエータ / 医工連携 / 大腸内視鏡挿入支援 / ロボティクス / ラバーアクチュエータ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では空気圧式ゴム製デバイスを用いた大腸内視鏡の自動挿入システムを開発する。
我が国は大腸癌の罹患数が増え続けている。その原因の一つに大腸内視鏡の受検率が低いことが挙げられている。大腸内視鏡検査は苦痛であるということが受検率を下げている大きな理由である。そこで我々は挿入する内視鏡に自走機能を持たせて患者の苦痛軽減に寄与する内視鏡システムを開発する。医工連携により、術者の技量によらず患者にとって苦痛の少ない安全な内視鏡を実現する。また本システムは低コストで汎用性にも優れる。将来的には、AIを組み込むことで、自分で管腔を探しながら進んでいく完全自走式ロボット内視鏡の開発にも応用可能と期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
我が国は大腸癌の罹患数が増え続けている。その原因の一つに大腸内視鏡の受検率が低いことが挙げられている。大腸内視鏡検査は苦痛であるということが受検率を下げている大きな理由である。そこで本研究では、挿入する内視鏡自体に自走機能を持たせて、患者の苦痛軽減に寄与する内視鏡システムを開発する。医学部と工学部が連携した取り組みで医工連携により、術者の技量によらず、患者にとって苦痛の少ない安全な内視鏡を実現することを目的としている。
安全で自走機能を有する大腸内視鏡の実現のためシリコーンゴム製のバルーンを用いて，低圧で駆動可能かつ，従来の内視鏡に装着可能な大腸内視鏡挿入支援用のアクチュエータを開発している。三つのバルーンを2層で配置した構造のアクチュエータを考案し，その検証モデルの設計と試作を継続的に行った。下層に配置した二つのバルーンと上層に配置した一つのバルーンに位相差をもたせて周期的に空気圧を印加し，各バルーンを膨張変形させることで，上層バルーンの上端部で人の歩行時の立脚相と遊脚相に相当する変形を励起する。このアクチュエータを内視鏡に取り付けて駆動させることで，内視鏡に推進性能を付与するアイデアである。液状シリコーンゴムを用いた型成形によりバルーンを製作し，三つのバルーンを接合することで機能検証用のアクチュエータを製作した．製作したアクチュエータの上端部の位置変位を計測した結果，10kPa以下の低圧の空気圧印加によって立脚相と遊脚相の状態が実現できていることを確認した．また，２つのバルーンアクチュエータと収縮型人工筋肉を用いた新たな内視鏡挿入支援メカニズムを考案し，アクリル管路内での推進を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
工学的なアプローチでは，昨年度まで製作してきた２層バルーンアクチュエータの上端部の動作軌跡をモーションキャプチャで測定し，内視鏡の推進に必要な立脚相と遊脚相の動作を定量的に評価した。また，２つのバルーンアクチュエータと収縮型人工筋肉を用いた新たな内視鏡挿入支援メカニズムを考案し，アクリル管路内での推進を確認した．
医学的アプローチとして，大腸内視鏡検査を終えた直後の患者に対して，検査の苦痛度に関するアンケートを行い，大腸内視鏡検査を苦痛と感じる要因を検証した．内視鏡挿入時間が長いことは，検査全体の苦痛度と優位に関連しているという結果が得られ，本研究課題の意味付けとして有用であった．
以上のことから，おむね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で，開発しているアクチュエータの構造によって，目的としている立脚相と遊脚相を実現できることが確認できている。一方で，モールディングによる２層バルーンの成型プロセスが複雑であり，製作精度に問題が生じる場合がある。今後は，３Ｄプリンタを用いた柔軟材料の成型手法を用いることで，製作プロセスの簡易化を図る。その後，樹脂ロッドを用いた自走能力の測定，大腸ファントムを用いた挿入実験を実施していく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
