超小型姿勢センサと生体情報センサを統合した手術手技評価システムの開発

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23700586
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 林 ゾウワ 早稲田大学, 理工学術院, 講師 (00537243)
• Keywords: 医用ロボット / モーション・キャフチャー / 手術手技評価

Research Abstract

プロジェクトを進めていくにあたり、研究活動の円滑な進行を実現した。このプロジェクトから提案した平成24年度研究計画の実施ため、各研究分野(筋電計測技術・エネルギー抽出・貯蔵・管理等)における主要な専門知識に関しての調査を行った。この調査においては,各研究分野の知見に基づく検証実験，実験装置，実行タスク，収集データ，データの収集方法の明確、研究費用や発表方法に関しても正確で効果的なマネージメントを行った。
1、研究成果を公表するため、国際会議(7回)と国内会議(1回)で発表、ジャーナル論文(1本)を発表した。
2、外科医の動作を運動学および生物力学的に解析し、総合的な手術手技評価を目指すため、本研究では１年目と２年目それぞれにおいて開発した姿勢センサと筋電EMGセンサ統合したシステムのプロトタイプを改善した。このプロトタイプはMEMS技術を利用することで小型化・軽量化を実現して、高い装着性をあった。開発したEMG計測システムは大きさ30x17x11mm、重量5gであり、現在市場に出回っている他のセンサに比べ、装着性が高く、計測環境の制約も少ない。ここでは、動作計測において,各種センサの計測値から姿勢角度を推定するための計測アルゴリズムを開発した。EMG計測ノイズの抵抗するため、ハードウェアフィルターを実現した。開発したプロトタイプの性能を検証するため、評価実験を行った。角度精度は2度以下、動作計測のサンプリング周波数は500Hzを実現し、EMG計測のサンプリング周波数は1000Hzを実現し、これらの性能は市販のシステムに匹敵するものであった。
3、各センサモジュールのデータを取得・解析するためのソフトウェアおよびファームウェアを開発した。

Research Products

• [Journal Article] Objective Skill Evaluation for Laparoscopic Training Based on Motion Analysis (2013)
  • Author(s): Z. Lin, M. Uemura, M. Zecca, S. Sessa, H. Ishii, M. Hashizume, and A. Takanishi
  • Journal Title: IEEE Transactions on Biomedical Engineering Volume: vol.60 Pages: 977-985
  • DOI: DOI:10.1109/TBME.2012.2230260
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Performance Evaluation of the Wireless Inertial Measurement Unit WB-4 with Magnetic Field Calibration (2012)
  • Author(s): Z. Lin, M. Zecca, S. Sessa, L. Bartolomeo, H. Ishii, and A. Takanishi
  • Organizer: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
  • Place of Presentation: Guangzhou, China
  • Year and Date: 20121211-20121214
• [Presentation] Music conductor gesture recognition by using inertial measurement system for human-robot musical interaction (2012)
  • Author(s): S. Cosentino, Y. Sugita, M. Zecca, S. Sessa, Z. Lin, K. Petersen, H. Ishii, and A. Takanishi
  • Organizer: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
  • Place of Presentation: Guangzhou, China
  • Year and Date: 20121211-20121214
• [Presentation] A Rat-like Robot WR-5 for Animal Behavior Research (2012)
  • Author(s): Q. Shi, H. Ishii, H. Sugita, S. Kinoshita, Z. Lin, A. Takanishi, S. Okabayashi, N. Iida, and H. Kimura
  • Organizer: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
  • Place of Presentation: Guangzhou, China
  • Year and Date: 20121211-20121214
• [Presentation] Assessment of walking quality by using Inertial Measurement Units (2012)
  • Author(s): K. Saito, M. Zecca, S. Sessa, Z. Lin, L. Bartolomeo, S. Cosentino, K. Petersen, H. Ishii, T. Ikai, and A. Takanishi
  • Organizer: IEEE International Conference on Innovative Engineering Systems
  • Place of Presentation: Alexandria, Egypt
  • Year and Date: 20121207-20121209
• [Presentation] Musical robots: towards a natural joint performance (2012)
  • Author(s): S. Cosention, Y. Sugita, M. Zecca, S. Sessa, Z. Lin, K. Petersen, L. Bartolomeo, H. Ishii, K. Saito, and A. Takanishi
  • Organizer: IEEE International Conference on Innovative Engineering Systems
  • Place of Presentation: Alexandria, Egypt
  • Year and Date: 20121207-20121209
• [Presentation] Motion recognition system for conductor and flutist robot interaction (2012)
  • Author(s): S. Cosentino, Y. Sugita, M. Zecca, S. Sessa, Z. Lin, K. Petersen, H. Ishii, and A. Takanishi
  • Organizer: 第30回日本ロボット学会学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌, 日本
  • Year and Date: 20120917-20120920
• [Presentation] On the Development of a New Protocol to Induce Stress During Surgical Training: EMG Analysis (2012)
  • Author(s): L. Bartolomeo, M. Zecca, S. Sessa, H. Ishii, Z. Lin, M. Tomikawa, M. Hashizume, and A. Takanishi
  • Organizer: 34th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 20120828-20120901
• [Presentation] Biomechanical Analysis of Induced Mental Stress in Laparoscopy Surgical Training by surface Electromyography (2012)
  • Author(s): L. Bartolomeo, M. Zecca, S. Sessa, Z. Lin, H. Ishii, H. Xu, M.Uemura, Y. Nagao, M. Tomikawa, M. Hashizume, and A. Takanishi
  • Organizer: IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics
  • Place of Presentation: Rome, Italy
  • Year and Date: 20120624-20120627