Establishment of tremor suppression technology based on high-speed image processing hardware and its application to microsurgery assistance

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04158
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60040:Computer system-related
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: Shibata Yuichiro 長崎大学, 情報データ科学部, 教授 (10336183)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上松 聖典 長崎大学, 病院(医学系), 講師 (30380843) ; 諸麥 俊司 中央大学, 理工学部, 准教授 (70346930) ; 北岡 隆 長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 教授 (80234235) ; 眞邉 泰斗 長崎大学, 情報データ科学部, 助教 (90908534)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 振動抑制 / FPGA / 画像処理 / マイクロサージャリー

Outline of Final Research Achievements

This research project aims to establish a technical basis for image-based active vibration suppression to stabilize surgical instruments by suppressing involuntary tremors of surgeons to facilitate microsurgery, which requires delicate manipulation under a microscope. The contributions that have been implemented and proven to be effective in this project include: (1) a vibration information extraction mechanism based on high-speed image processing with a field programmable gate array (FPGA), (2) an FPGA-based low-latency frequency filter to separate signals between intentional manipulation and tremors, and (3)
a lightweight mechanical excitation mechanism with a compact vibration motor that does not interfere the surgical operation.

Free Research Field

コンピュータ工学、リコンフィギャラブルコンピューティング

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

画像から振動情報を抽出する試みはこれまでにも行われてきたが、小型の画像処理ハードウェアによってリアルタイムに振動情報を抽出することは難しかった。本研究ではハードウェア化に適した処理手順の工夫を行うことでこれを可能とし、シミュレーションだけではなく、実際の機械機構と組み合わせて振動抑制効果を示した点に学術的意義がある。また、小型で低消費電力なシステムで映像から振動情報を取り出せる技術は、他のさまざまなモニタリングシステムにも広く応用可能である。