2011 Fiscal Year Annual Research Report
超微細手術のための汎用プラットフォーム開発とそれを支える超精密テクノロジーの追求
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23226006
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
光石 衛 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90183110)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉田 直彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70372406)
森田 明夫 日本医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (60302725)
阿部 信寛 川崎医科大学, 医学部, 教授 (80284115)
岩中 督 東京大学, 医学部附属病院, 教授 (90193755)
尾崎 敏文 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授 (40294459)
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, 学内共同利用施設等, 教授 (10312951)
原田 香奈子 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (80409672)
中島 義和 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40343256)
玉置 泰裕 東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (20217178)
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| Keywords | ロボティクス / 超微細手術 / 軟組織 / 硬組織 / 血管内 |
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| Research Abstract |
（１）軟組織対応手術ロボット・プラットフォーム：主に脳外科，眼科，小児科を対象として現有のマスタ・スレーブ型手術ロボット・プラットフォームの改良を行った．現有のプロトタイプは，脳表面の血管吻合を対象としており，1mm以下の血管吻合が可能である．このプラットフォームを脳の深部，眼科，小児科に適用するための改良を行った．各症例で必要な作業空間，精度，速度などの仕様を決め，症例ごとに最適な制御方法，制御パラメータを特定し，必要なハードウェアの改良を行った．
（２）硬組織対応手術ロボット・プラットフォーム：現有のプロトタイプは，膝の人工関節置換のみを対象としており，これを股関節，肩関節，指関節に適用するための検討を行った．それぞれの関節ごとに必要な作業空間，位置・角度の精度，切削ツールの径，刃の数や形状，加工速度などのパラメータを検討した．
（３）血管内治療用マイクロロボット・プラットフォーム：本研究の準備状況として，3軸のコイルを用いた外部磁場駆動プラットフォームを試作しており，これにより拡大モデルのロボット（直径5 mm,長さ15 mm）の独立駆動を確認している．また，FIB-CVDにより直径2 μmのマイクロロボットの試作を行っている．平成23年度は，上記の外部磁場プラットフォームを改良し，トルクを制御する一様磁場用ヘルムホルツコイルに加え，引力を発生する傾斜磁場用マクスウェルコイルを検討した．これにより，マイクロロボットの位置と姿勢の制御が可能となった．
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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
本研究では，（１）軟組織対応手術ロボット，（２）硬組織対応手術ロボット，（３）血管内治療用マイクロロボットの３つのプラットフォームを並行して開発する．平成23年度に現有のプロトタイプの汎用化・高機能化を行い，各手術領域に適応可能なプラットフォームに改良した．よって，研究計画通りに進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２４年度に下記を行う．
（１）軟組織対応ロボット：自由度の拡張による各術野に対応した超微細マニピュレータの構築を行う．脳外科では脳深部にアプローチ可能であり，顕微鏡視野の邪魔にならないオフセット鉗子を開発する．眼科では，眼底膜の剥離が可能な微細鉗子マニピュレータを開発し，小児外科では先端に3自由度を有する鉗子を開発する．極小べベルギアの超精密加工が重要となる．いずれも汎用プラットフォームのスレーブに搭載可能とする．
（２）硬組織対応ロボット：超精密加工技術による生体適合型切除法の構築を行う．マイクロレベルでの骨加工現象を解明することで，対象組織に適した加工方法，加工ツールを提案する．骨繊維の繊維方向，繊維の大きさが加工表面粗さに影響することが知られており，これが術後の人工関節定着に影響する可能性も指摘されている．術後の人工関節定着を最適とする骨切除法を解明する．
（３）血管内ロボット：ロボットをマイクロレベルまで極小化するには，血流内でのマイクロロボットの挙動の理解が必要となる．流体内でのロボットの挙動には揚力，浮力，重力，磁力，抗力がかかわるため，最適なロボットの大きさ・形状と磁場の設計が必要となる．平成24年度は血流内におけるマイクロ粒子の挙動モデリング及び理論構築を行う．
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Research Products
(35 results)
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[Journal Article] Toolpath Strategy Based on Geometric Model for Multi-axis Medical Machine Tool2011
Author(s)
Sugita,N., Nakano,T., Abe,N., Fujiwara,K., Ozaki,T., Suzuki,M., Mitsuishi,M.
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Journal Title
CIRP Annals
Volume: 60/1
Pages: 419-424
Peer Reviewed
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[Journal Article] Comparison of pose correspondence methods of master-slave manipulators for neurosurgical robotic system2011
Author(s)
Yonemura,T., Kozuka,Y., Baek,Y.M., Sugita,N., Morita,A., Sora,S., Mochizuki,R., Mitsuishi,M.
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Journal Title
International Journal of Automation Technology
Volume: 5/5
Pages: 738-745
Peer Reviewed
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[Presentation] Toolpath Generator for Multi-axis Medical Machine Tool to Optimize Cutting Tool Posture and Position before Skin Incision2011
Author(s)
Nawata, W, Sugita, N, Nakajima, Y, Kato, T, Fujiwara, K, Abe, N, Ozaki, T, Suzuki, M, Mitsuishi, M
Organizer
The 6th International Conference on Leading Edge Manufacturing in 21st Century (LEM21)
Place of Presentation
大宮ソニックシティ，埼玉
Year and Date
20111108-20111110
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[Presentation] Microsurgical Skill Assessment: Toward Skill-Based Surgical Robotic Control2011
Author(s)
Harada, K, Minakawa, Y, Baek, YM, Kozuka, Y, Sora, S, Morita, A, Sugita, N, Mitsuishi, M
Organizer
33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS
Place of Presentation
Boston, USA
Year and Date
20110830-20110903
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[Presentation] Electromagnetic Drive of Microrobot Geometrically Constrained in Blood Vessel2011
Author(s)
Nakamura, S, Harada, K, Sugita, N, Mitsuishi, M, Kaneko, M
Organizer
33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS
Place of Presentation
Boston, USA
Year and Date
20110830-20110903
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[Presentation] A microsurgical robot to assist vitreoretinal surgery2011
Author(s)
Ida, Y, Sugita, N, Ueta, T, Tamaki, Y, Tanimoto, K, Mitsuishi, M
Organizer
CARS 2011
Place of Presentation
Berlin, Germany
Year and Date
20110622-20110625
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[Presentation] Development of microsurgical robotic system for assisting in blood vessel anastomosis2011
Author(s)
Baek, YM, Kozuka, Y, Sugita, N, Morita, A, Sora, S, Mochizuki, R, Mitsuishi, M
Organizer
CARS 2011
Place of Presentation
Berlin, Germany
Year and Date
20110622-20110625
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[Presentation] Design of an Intuitive User Interface for a multi-DOFs Forceps for Laparoscopic Surgery2011
Author(s)
Fujii, F., Fukushima,K., Sugita,N., Ishimaru,T., Iwanaka,T., and Mitsuishi,M.
Organizer
IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA’11)
Place of Presentation
Shanghai
Year and Date
20110509-20110513
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[Presentation] Robust Kidney Stone Tracking for a Non-invasive Ultrasound Theragnostic System - Servoing Performance and Safety Enhancement -2011
Author(s)
Koizumi, N, Seo, J, Lee, D, Funamoto, T, Nomiya, A, Yoshinaka, K, Sugita, N, Homma, Y, Matsumoto, Y, and Mitsuishi, M
Organizer
IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA’11)
Place of Presentation
Shanghai, China
Year and Date
20110509-20110513
