2023 Fiscal Year Research-status Report
術中の医師の動きを基に仮想空間で機能や形状を最適化する小児外科用ロボット術具設計
| Project/Area Number |
22K12835
|
|---|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
川村 和也 千葉大学, フロンティア医工学センター, 准教授 (50449336)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
家入 里志 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (00363359)
三浦 智 東京工業大学, 工学院, 准教授 (70724566)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | シミュレーション / 術空間再現 / 操作性評価 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，仮想空間を利用して小児外科手術を支援するロボットの大きさや形状，動作方法などを検証することを目的としている．小児内視鏡手術は，成長後の障害をきたしづらい手段として症例数が増加する中，微細な動作を可能とするロボット術具の導入が期待されている．しかし，解剖や疾患の特異性から機器導入に伴う課題が多く，その性能を十分に活かす機能や形状の設計が難しい．特に，手術特有の環境に適応しつつ使いやすさを維持することが難しい．本研究では，開発を進めている術空間再現シミュレータの機能拡張，医師の操作に基づく設計値の最適化，この最適化の効果検証を順次進めている．
本年度は，昨年度実施した検討した内容を踏まえて，VR環境の構築ならびにそれを用いた針掛け操作を対象とした操作試験を実施した．VR環境構築では，CADソフトウェアで設計したデータを移行できる機能等の追加を行い，鉗子先端構造の違いによる操作性の変化を検証できるようにした．また，本研究で対象とするロボットシステムは，医師が操作するリーダフォロワ型のシステムを想定しているため，ヒューマンインターフェースも検証要素となる．このインタフェースの違いによる手術手技への影響を検証するため，ディスプレイと操作具の組み合わせを2種類ずつ使用できるように変更を加えた．本システムを用いて，小児外科医の協力のもと画面奥行き方向の針掛けタスクを実施し，操作に対して生じる影響を計測し，機構や操作インタフェースの違いによる影響を検証した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は，昨年度の検討結果に基づき，VR環境に必要な拡張機能を構築し，操作性検証試験を実施した．申請時は先天性食道閉鎖症を対象としていたが，共同研究者である小児外科医とのディスカッションから，先天性胆道拡張症へと対象を変更することとした．ロボット適用をより望まれる治療法であるとともに，運針方向が前症例と方向が変わるのみであったことから，手技変更への対応を実施した．進捗状況としては，VR環境の拡張とそれを利用した操作性検証試験を実施し，ロボット鉗子の先端構造の違い，操作インタフェースの違いによる手技への影響を計測できた，これらのことからおおむね順調に進んでいると考える．
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，小児外科医の協力のもとで計測した，動作の評価値（鉗子と患部や周辺臓器との干渉量，鉗子の動作範囲，左右の鉗子同士の干渉量）の計測，視野情報の評価値（鉗子先端部の遮蔽量，作業空間に対する視野阻害量）を元に，多変量解析等を行い，医師の操作に基づく設計値の最適化を実施する．また，試験実施後に取得したアンケート調査などの使用感評価の結果の解析を行い，実験条件や機構設計値に関する検証を実施する．そして，使用感評価ならびに数値計算等で得られた最適化結果を適用した機構を用いて操作検証を再度行う．小児外科医の協力のもと手技を模したタスクを実施し，本研究で提案する手法の有効性を評価する．また，操作インタフェースについては，タスクの実施しやすさや操作のしやすいさといったユーザ視点で要求される仕様を明確化することで，試作を進めていく．操作試験については，昨年度と同様共同研究先での実施を予定している．
|
| Causes of Carryover |
視線計測に関する検討を続けていたが，計測精度や計測内容の基礎検討を行う必要が確認された．そのため購入を想定していた計測機器と比べると，精度が低下するものの既存の機器で検討可能であることが確認されたため，その実施を優先したためである．また，ならびに学会発表を予定していたが操作試験実施の時期がずれたため，次年度以降に行うこととしたことも差額が生じた理由である．次年度における成果報告や操作性検証試験の使用を予定している．
|
