2018 Fiscal Year Research-status Report
Locally operated guiding tool manipulator for accurate surgery
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18K04065
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
河合 俊和 大阪工業大学, ロボティクス&デザイン工学部, 教授 (90460766)
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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)
西澤 祐吏 国立研究開発法人国立がん研究センター, 東病院, 医員 (50545001)
中村 達雄 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 准教授 (70227908)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 医療ロボット / 第三の手 / マニピュレータ機構 / ローカル操作 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，執刀医が患者の傍で微細作業できる小型で分散可能なローカル操作マニピュレータシステムの実現を目指して，ヒトと共存協調するマニピュレータの機構や制御に関する基盤技術を確立すべく，ローカル操作ガイディング術具マニピュレータの構築と評価を目的としている．本年度は以下の成果を得た．
（１）円環伸縮ガイドスライダを備える直接モータ駆動式3自由度の極座標系マニピュレータを開発して，執刀医に広い作業領域と素早い位置決めを提供でき，Pivot運動を直感的に理解できるマニピュレータ機構を実現し，医師による臓器モデルを用いた評価実験を実施した．
（２）極座標系の円環ガイドレール機構と直動ガイドローラ機構を分離配置したアクチュエータでケーブル駆動する3自由度の鉗子マニピュレータ機構を設計した．
（３）ピボット拘束具の役割をするジンバルと平行リンクを接続した閉ループ機構で構成する3自由度鉗子マニピュレータを開発し，緊急時に術野から退避して従来手技に移行できる鉗子ピボット拘束具とモータ駆動部の分離構造を提案した．また，一次試作機の評価を基に改良設計を行った．
（４）外部デバイスを用いない操作インタフェースとして，鉗子やエネルギーデバイスなどの術具が無彩色であることに着目した画像処理手法を提案し，手術器具の認識率を確認した．また，判別分析法により算出した閾値の変化に着目した腹腔鏡映像の水蒸気を検出する画像処理手法を提案し，切開時と止血時の認識率を確認した．さらに，内視鏡保持画面内操作に向け，色相に着目したバックプロジェクション法による手術器具の認識手法を提案し，鉗子先端の認識率とリアルタイム処理を確認して，3自由度マニピュレータの操作実験を実施した．
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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
術具マニピュレータについて，伸縮型は開発と評価実験が実施できた．また，ガイド型は設計を完了した．さらに，これらの機構から着想を得た，新たなジンバル平行リンク型の開発を実施できた．
操作インタフェースについて，画像処理方式の開発と評価実験が実施できた．
以上より，当初の計画におおむね沿った進展となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
術具マニピュレータについて，伸縮型の改良に着手する．また，ガイド型の設計に基づく試作と評価実験を実施し，実験結果に基づき改良設計と試作を行う．さらに，ジンバル平行リンク型の改良試作と評価実験を実施する．
操作インタフェースについて，画像処理方式では臓器牽引部分を検出する手法の構築を進める．また，手足などを用いる直感的な入力方式の検討を進める．
研究成果は，国内外の学術会議などで積極的に発表し，また，関連分野の研究者と議論した意見も真摯に取り入れ，研究分担者と協同して効率的に研究を推進する．
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| Causes of Carryover |
（理由）評価実験に係る旅費と消耗品費を抑制できたため．
（使用計画）マニピュレータ機構や操作インタフェースの設計試作，および制御系構築と評価実験の実施に関し，機械電子の部品や材料，手術機材などの物品費に充当する．また，研究の打合せや成果発表など旅費に充当する．繰越し予算はとくに評価実験の充実に活用する．スピード感を持って本研究を推進するため，上記以外の経費が生じた場合にも，研究計画に変更が出ないよう対応する．
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