安全性と患者・術者のベネフィットを最大化する超精密自動手術プラットフォームの創出

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H02319
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 光石 衛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90183110)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤原 一夫 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (00346438) ; 鈴木 昌彦 千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (10312951) ; 山本 江 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (20641880) ; 杉田 直彦 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70372406) ; 阿部 信寛 川崎医科大学, 医学部, 教授 (80284115)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 手術ロボット / 人工関節置換術支援システム / 骨切除 / 切削力

Outline of Annual Research Achievements

高操作性を有する超精密自動手術プラットフォームの開発を進めた．
(1)術者の動作解析に基づく機構設計　整形外科領域における人工関節置換術，脊椎手術などを想定したアシスト型手術ロボットの開発を進めた．ロボットの機構は術者の上肢の運動に追随して動作する粗動部と，微細作業をアシストするための微動部とから成る．術者が微動部に取り付けた骨切除デバイスを手に持ち，手術に必要な動きを補助する．ロボットには，切除具を装着するスピンドルやボーンソーなど，各手術に合わせて骨切除デバイスを装着可能となっており，汎用性を有する．モーションキャプチャーシステムによって術者の動作を解析するための基礎を確立した．
(2)機構のリアルタイムたわみ解析　ロボット機構のたわみを解析する有限要素法についての技術を確立した．ここでは，各要素のパラメータを同定する必要があるが，実測値と整合性が取れるような値の求め方を確立した．
(3)骨切除のための力制御　術者の上肢の動きに合わせて術具を動作させた際，パラメータを種々に変化させて力の測定が可能な環境を整えた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成28年6月までに高操作骨切除アームの試作機の設計・製作・評価実験を行い，平成28年10月までに同アームの再検討・設計を行い，平成29年2月までに再組立・実装を行った．また，平成28年度内に同アームの評価実験を開始している．

Strategy for Future Research Activity

力覚センサ，モーションキャプチャ情報等により術者の動作，筋力などの情報を計測する．手術に必要な一連の動作データを各タスクへ分類する自動分節化機能を実装する．また，骨の切除を対象とすることから，骨の加工現象の解明と医師の技能との関連性を解析することにより，切除精度・効率の改善を図る．