2021 Fiscal Year Research-status Report
Surgical skill data acquisition and operation guiding using forceps-mounted measurement device
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18K12116
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| Research Institution | Teikyo Heisei University |
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Principal Investigator |
金 大永 帝京平成大学, 健康メディカル学部, 教授 (60461860)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 英津子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20345268)
高野 文之 帝京平成大学, 健康メディカル学部, 講師 (30464770)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 外科支援デバイス / 鉗子操作誘導 / 臓器損傷防止 / 干渉装置 / ネガティブフィードバック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、臓器の力学特性と術者の操作法との相関関係をデータベース化し学習することにより、「装着型の計測デバイスを用いて臓器の力学特性を推算し、術者側にその情報を提供、安全な操作へ誘導する」ことを目的とする。具体的には、①一般材料試験から得られた臓器の力学特性と鉗子など治療機器から得られる特性の関係を明確にする、②市販の鉗子にも応用可能な計測・表示・誘導システムを構築する、③機械学習により、適切な鉗子の位置と力を入れる方向、把持力を誘導する。
適切な鉗子把持力を誘導するための鉗子操作誘導装置を開発するために、PCI用の小型バルーンを用いて軽量で小型の干渉装置(径22㎜、長さ50㎜、重さ約15gf)を設計・製作し、評価した。最も改善すべき問題点は、その干渉時の発生力（1.2N）であった。2021年度では、その力の増幅に最も力を入れた。内部構造にテコの機構を入れて改善した結果、モータ駆動の空圧機構を使い、バルーンの内圧が300kPaの時に鉗子把持に8Nの干渉力を出すことが可能であった。10倍近く力が出ることになったが、まだ十分な力とは言えず、直径15mmのバルーンを使っての装置を再設計・製作した。
装置動作のためのプログラムに関しては、装置の作動中に記録された押し子の位置（または組織片の圧縮率）と反力の時系列データの分布に関して、組織の破壊が生じた場合と生じなかった場合の統計的分離を行うプログラムを作成した。作動中全時間のデータは大量であるため、分離に最適なデータ抽出を現在は試みている。この分離自体が組織を破損させないための、鉗子の制御の機械学習の一段階である。
画像表示装置に関しては、前年度で完成しており、その精度向上に力を入れた。干渉装置との統合がまだ完全ではない状況である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
計測システムに関して、PCI用バルーンの疲労強度に問題があり、約50回の運用で運用が厳しくなったので、駆動用バルーンを変更、再設計および製作を行う必要があったためである。
表示システムとの統合に関しては、新型コロナウイルス感染症の影響が無視できず、人的交流に支障が出たため、合同実験にも及んでいないのが現実である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、直径15mm（既存バルーン直径の7倍近く）のバルーンを使っての新しい構造を持つ装置の設計や製作が終わった。バルーンの許容限界を超えた圧力が加えられた時に、バルーンが破裂しないような仕組み及び制御を行うことが課題として残されている。
完成した後はゴールとしている干渉力を追従できているかの評価実験に移り、十分な干渉力を確認して、鉗子表示システムと統合して合同実験を行いたい。合同実験としては、ブタ実験にて定量的評価は勿論、外科医による定性的評価も数値として評価することを目的とする。
プログラムにおいては、把持速度など、制御パラメータを増やしてデータ抽出に応用する予定である。
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| Causes of Carryover |
合同実験や延期されていたブタ実験、また、論文発表用として残っている。
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