手術手技評価結果に基づく眼科手術ロボット及びトレーニング・システムの開発

• Project/Area Number: 26700023
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Partial Multi-year Fund
• Research Field: Intelligent robotics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 原田 香奈子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (80409672)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥19,630,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥4,530,000); Fiscal Year 2016: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2015: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000); Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 手術ロボット / 眼科 / 手術手技評価 / トレーニング / 知能ロボット

Outline of Annual Research Achievements

本研究では眼科硝子体手術を対象として手術ロボットの開発を行っている．対象とする手術においては，眼球に挿入した術具を用いて眼底のILM膜と呼ばれる2.5μmの膜をはがす手技やマイクロピペットを用いて直径100μm以下の血管に薬液を注入する手技が行われている．このように対象が非常に微細であるため，高精度の眼科手術支援ロボットが必要とされている．また，ロボットのコストや手術室の配置を顧慮し，ロボットが小型であることが望まれている．そこで，本研究では，眼科手術支援ロボットを開発してきた．昨年度まではパラレル型の眼科ロボットを開発し，マスタースレーブによる制御を実装した．
本年度は，ロボットの自動化について研究を行った．手術ロボットの自動化は術者のスキルに依存しない高精度の手術タスクを実現する手段として，世界的に話題となっているトピックである．
まず，ILM膜剥離においては，名大と共同開発したILM膜モデルを実際の手術と同様に着色し，剥がれた領域と術具先端の位置を顕微鏡画像処理により自動で検出するアルゴリズムを実装した．次に剥がした領域に応じて自動で術具を動かすための制御を実装し，モデルによる実験を行った．膜モデルの特性（さけやすさ）のばらつきの問題があり，自動化による優位性は示すことができなかったものの自動膜剥離が実現可能であることを示すことができた．次に，マイクロピペットの血管への自動位置決め手法を開発した．指定した血管分岐点に対して，顕微鏡のXY平面の位置決めはビジュアルサーボにより行った．奥行方向は，眼底への接触を画像処理によって検出することにより術具先端を位置決めした．被験者3名により実験を行い，100％の確率で36.3μmのXY方向の位置決めを実現した．また，穿刺は80％の成功率で実現することができた．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] Autonomous 3-D positioning of surgical instrument concerning compatibility with the sye surgical procedure (2016)
  • Author(s): Tomoya SAKAI，Takumi ONO, Murilo MARINHO, Shinichi TANAKA, Kanako HARADA, Yasuo NODA, Takashi UETA, Fumihito ARAI, Naohiko SUGITA, Mamoru MITSUISHI
  • Organizer: ロボティクス・メカトロニクス講演会2016
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜，神奈川
  • Year and Date: 2016-06-08
• [Presentation] Uncalibrated Visual Servoing for Autonomous 2-D Positioning of Vitreoretinal Surgical Robot (2015)
  • Author(s): Shun Yao, Tomoya Sakai, Shinichi Tanaka, Kanako Harada, Mamoru Mitsuishi
  • Organizer: The 6th International Conference on Advanced Mechatronics (ICAM2015)
  • Place of Presentation: 早稲田大学，東京
  • Year and Date: 2015-12-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 眼科手術支援における膜剥離タスク自動認識・自動化の検討 (2015)
  • Author(s): 新田達也，小野巧，酒井智也，田中真一，原田香奈子，杉田直彦，上田高志，外山琢，荒木章之，野田康雄，新井史人，光石衛
  • Organizer: 日本生体医工学会関東支部若手研究者発表会2015
  • Place of Presentation: 東京電機大学, 東京
  • Year and Date: 2015-12-05
• [Presentation] 小型高精度眼科手術ロボットの開発 (2015)
  • Author(s): 酒井智也，新田達也，田中真一，原田香奈子，杉田直彦，上田高志，野田康雄，新井史人，光石衛
  • Organizer: 第24回日本コンピュータ外科学会
  • Place of Presentation: 東京大学，東京
  • Year and Date: 2015-11-21
• [Presentation] センサ付き眼球モデルを用いた眼科手術支援ロボットの評価 (2015)
  • Author(s): 吉原 圭亮，酒井 智也，加藤 一平，田中 真一，原田 香奈子，野田 康雄，上田 高志，新井 史人，杉田 直彦，光石 衛
  • Organizer: ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
  • Place of Presentation: 京都市勧業館みやこめっせ，京都
  • Year and Date: 2015-05-17 – 2015-05-19
• [Presentation] 曲面構造を有する眼底血管モデルの作製 (2015)
  • Author(s): 新井史人，加藤一平，光石衛，杉田直彦，原田香奈子，田中真一，野田康雄，上田高志
  • Organizer: ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
  • Place of Presentation: 京都市勧業館みやこめっせ，京都
  • Year and Date: 2015-05-17 – 2015-05-19
• [Presentation] センサ付き眼球モデルを用いた眼科手術支援ロボットの評価 (2015)
  • Author(s): 吉原 圭亮，酒井 智也，加藤 一平，田中 真一，原田 香奈子，野田 康雄，上田 高志，新井 史人，杉田 直彦，光石 衛
  • Organizer: ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
  • Place of Presentation: みやこめっせ，京都
  • Year and Date: 2015-05-17
• [Presentation] センサ付眼球モデルを用いた眼科手術手技評価に関する研究 (2014)
  • Author(s): 6.吉原圭亮，田中真一，加藤一平，原田香奈子，杉田直彦，上田高志，野田康雄，新井史人，光石衛
  • Organizer: 第23回日本コンピュータ外科学会大会
  • Place of Presentation: 大阪大学コンベンションセンター, 大阪
  • Year and Date: 2014-11-08 – 2014-11-09
• [Patent(Industrial Property Rights)] 内境界膜剥離モデル (2015)
  • Inventor(s): 新井史人，他7名
  • Industrial Property Rights Holder: 新井史人，他7名
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-03-24
  • Overseas