2016 Fiscal Year Annual Research Report
多マスタ・多スレーブ選択結合型ミドルウェアが拓く次世代手術支援ロボットシステム
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16H01859
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| Research Institution | Tokyo Women's Medical University |
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Principal Investigator |
正宗 賢 東京女子医科大学, 医学部, 教授 (00280933)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西川 敦 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (20283731)
河合 俊和 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (90460766)
堀瀬 友貴 東京女子医科大学, 医学部, 特任助教 (70749233)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 手術支援用ロボット / ミドルウェア / マスタースレーブシステム / 脳神経外科 / 内視鏡下手術 / モジュール化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，手術支援ロボット研究開発の問題点の一つである迅速なニーズに即した開発環境・評価サイクルの実現を目指し，手術支援ロボットのモジュール化を促進する多種のマスタロボット，スレーブロボットを選択的に結合するための次世代手術支援ロボットシステムの基盤技術開発を行う．本年度は，初年度として下記の成果を得た．
A)基盤アーキテクチャの策定については，基盤となるミドルウェアソフトのプロトタイプ開発を行った．開発したミドルウェアMRT（仮称）を用いて，既製の腹腔鏡下手術用内視鏡駆動ロボットを，キーボード，PCアプリ，ジョイスティックを容易につなぎ替えた動作の確認を行った．
B)脳神経外科手術支援として，既開発の天井吊下げ型顕微鏡ロボット操作への適応について検討を行った．ロボットは6軸で先端にビデオ顕微鏡と光学式位置姿勢計測センサが取り付けられている．外科医が把持する手術器具を用いて顕微鏡の位置姿勢を操作することを一つの応用例とし，本年度は、マスタは計測用マーカ付き手術器具，スレーブはロボット顕微鏡としてシステム構成とMRTへの接続の検討を行った．器具の先端位置をセンサで計測後、器具先端位置が顕微鏡映像の中心となるようにスレーブであるロボットを制御することが出来る．
C)既開発の内視鏡下手術支援マニピュレータを基に，フレキシブルアーム機構を備えるワイヤ駆動ユニットとモータ交換可能なアクチュエータユニットからなるモジュール化マニピュレータ，および，極座標系ガイディングマニピュレータを開発した．また，新たにジョイスティック形状の機構分離型5軸マスタアームを設計試作した．さらに，手術支援マスタ・スレーブロボットへの適用に向けた遅延時間補償制御の比較シミュレーションを行って，各制御手法の特徴を得た．また，既製の腹部外科手術用マスタースレーブロボットに対してもMRTの適用を確認を行った．
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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
本年度は，第1次試作としてそれぞれのプロトタイプ開発が順調に進んでおり，おおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度からは，より高い自由度を持つマスターロボットへの対応を含めた各研究班のロボットへの実装を検討しつつMRTの改良を進める．脳外科用ロボットについては，現在のシステムでは手術器具の先端位置の情報のみを目標値とし顕微鏡の3次元位置しか制御できないため、今後は新たに姿勢情報も追加し、外科医が意図した位置と視野角度で術野を観察できる制御プログラムに改良する。腹部外科用ロボットについては，試作したマスタアームの機構評価を行い，さらに新たなマスタアームの開発を試みる．また，これまでに開発してきた内視鏡下手術支援マニピュレータを基に要素開発を進める．さらに，上記のマスタアームとマニピュレータを用いてマスタスレーブ制御系を構築し，ミドルウェア実装の有無による制御の差異をスタンドアローン状態で検討する．
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