development of a surgical robot to support pediatric minimally invasive surgery in narrow space usi ng an augmented reality image-guided technique

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25293360
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 家入 里志 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (00363359)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宗崎 良太 九州大学, 大学病院, 助教 (10403990) ; 神保 教広 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 研究員 (10650559) ; 田口 智章 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20197247) ; 山田 和歌 鹿児島大学, 附属病院, 特任助教 (20457659) ; 小幡 聡 九州大学, 大学病院, 助教 (30710975) ; 川野 孝文 鹿児島大学, 附属病院, 特任助教 (40457651) ; 加治 建 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 准教授 (50315420) ; 植村 宗則 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 研究員 (50636157) ; 中目 和彦 鹿児島大学, 医歯学域附属病院, 助教 (70448570) ; 向井 基 鹿児島大学, 医歯学域附属病院, 講師 (80468024) ; 山田 耕嗣 鹿児島大学, 附属病院, 特任助教 (80528042) ; 橋爪 誠 九州大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90198664) ; 大西 峻 鹿児島大学, 附属病院, 医員 (10614638)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: マスタ・スレーブ / 手術支援ロボット / 評価型シミュレータ / 画像誘導

Outline of Annual Research Achievements

小児外科専用手術支援ロボットの研究開発を行い、内視鏡外科手術だけでなく、小児外科医が行う小切開手術も可能なプロトタイプを作成した。この手術支援ロボットはいわゆるマスタ・スレーブ型で外科医が操作を行うことが可能である。試作機の操作性および動作確認として、ドライ環境で単純な縫合結紮のタスクを行い、基本的な操作に問題のないことを確認した。
また次の段階として手術デバイス、特に手術支援ロボットの作成にあたってそれを臨床応用するためには評価が必ず必要である。機器の安全性はもちろんであるがその性能評価にて完成度をチェックしてさらに改良を加える必要がある。ロボットの試作機の段階で小児外科疾患の技術評価型シミュレータを製作し、ロボットの動作性能の評価として用いた。現在までに新生児横隔ヘルニア、食道閉鎖、噴門形成術、肝管空腸吻合術のモデルを作成し、そのvalidationを行い、技術評価モデルとして妥当性さあることを確認し、それぞれのモデルを用いて、手術支援ロボットの操作性を確認した。
最終的に小型実験用動物(成獣家兎体重2-3kg;新生児相当, 豚体重5-15kg:乳幼児相当)を用いて全身麻酔下に今回の手術支援ロボットの前臨床試験を行った。まずはマスタ・スレーブとしてのFeasibilityを確認し、臓器認識の正確性を検証し、問題の無いことを確認した。その後に剥離や運針などの操作が動作可能かどうかの検証を行い、トータルの手術操作が可能であることを確認した。
また先行して開発した鉗子遮蔽領域の可視化技術を今回の手術支援ロボットに搭載し、シミュレータモデル上での画像誘導に関しても有効性を検証した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Laparoscopic intra-gastric surgery for gastric tumor to preserve cardia function under augmented reality navigation system -the first application for child case- (2016)
  • Author(s): Ieiri S, Obata S, Jimbo T, Souzaki R, Uemura M, Hashizume M, Taguchi T
  • Journal Title: Journal of Laparoendoscopic & Advanced Surgical Techniques & Part B: Videoscopy Volume: 25 Pages: Videoscopy
• [Journal Article] Feasibility of Single-incision Laparoscopic Percutaneous Extraperitoneal Closure for Inguinal Hernia by Inexperienced Pediatric Surgeons; Single incision versus multi incision Randomized trial for 2 years. (2016)
  • Author(s): Obata S, Ieiri S, Jimbo T, Souzaki R, Hashizume M, Taguchi T
  • Journal Title: J Laparoendosc Adv Surg Tech A Volume: 26 Pages: 218-221
  • DOI: 10.1089/lap.2015.0110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Evaluation of the 10-Year History of a 2-Day Standardized Laparoscopic Surgical Skills Training Program at Kyushu University (2016)
  • Author(s): Tomikawa M, Uemura M, Kenmotsu H, Konishi K, Ohuchida K, Okazaki K, Ieiri S, Tanoue K,Hashizume M
  • Journal Title: Surg Today Volume: 46 Pages: 750-756
  • DOI: 10.1007/s00595-015-1227-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Design parameter evaluation based on human operation for tip mechanism of forceps manipulator using surgical robot simulation. Advanced Robotics (2016)
  • Author(s): Kawamura K, Seno H, Kobayashi Y, Ieiri S, Hashizume M, Fujie MG
  • Journal Title: Advanced Robotics Volume: 37 Pages: 476-488
  • DOI: 10.1080/01691864.2015.1129361
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Virtually transparent surgical instruments in endoscopic surgery with augmentation of obscured regions (2016)
  • Author(s): Koreeda Y, Kobayashi Y, Ieiri S, Nishio Y, Kawamura K, Obata S, Souzaki R, Hashizume M, Fujie MG
  • Journal Title: Int J Comput Assist Radiol Surg Volume: 11 Pages: 1927-36
  • DOI: 10.1007/s11548-016-1384-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Procedural surgical skill assessment in laparoscopic training environments (2016)
  • Author(s): Uemura M, Jannin P, Yamashita M, Tomikawa M, Akahoshi T, Obata S, Souzaki R, Ieiri S, Hashizume M
  • Journal Title: Int J Comput Assist Radiol Surg Volume: 11 Pages: 543-552
  • DOI: 10.1007/s11548-015-1274-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ghrelin Improves Intestinal Mucosal Atrophy During Parenteral Nutrition: An Experimental Study (2016)
  • Author(s): Yamada W, Kaji T, Onishi S, Nakame K, Yamada K, Kawano T, Mukai M, Souda M, Yoshioka T, Tanimoto A, Ieiri S
  • Journal Title: J Pediatr Surg Volume: 51 Pages: 2039-2043
  • DOI: doi.org/10.1016/j.jpedsurg.2016.09.035
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Long-term outcome of bowel function for 110 consecutive cases of Hirschsprung's disease: Comparison of the abdominal approach with transanal approach over 30 years in a single institution : Is the transanal approach truly beneficial for bowel function? (2016)
  • Author(s): Onishi S, Nakame K, Yamada K, Yamada W, Kawano T, Mukai M, Kaji T, Ieiri S
  • Journal Title: J Pediatr Surg Volume: 51 Pages: 2010-2014
  • DOI: 10.1016/j.jpedsurg.2016.09.029
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Changing Profile of Safe Techniques for Insertion a Central Venous Catheter in Pediatric Patients - Improvement in Outcomes with the Experience of 500 Insertions in a Single Institution (2016)
  • Author(s): Kaji T, Kawano T, Yamada W, Yamada K, Onishi S, Nakame K, Mukai M, Ieiri S, Takamatsu H
  • Journal Title: J Pediatr Surg Volume: 51 Pages: 2044-2047
  • DOI: 10.1016/j.jpedsurg.2016.09.037
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficacy of Ethanol locks to reduce the incidence of catheter-related bloodstream infections for home parenteral nutrition pediatric patients. Comparison of therapeutic treatment with prophylactic treatment- (2016)
  • Author(s): Kawano T, Kaji T, Ohnishi S, Yamada K, Yamada W, Nakame K, Mukai M, Ieiri S
  • Journal Title: Pediatric Surgery International Volume: 32 Pages: 863-867
  • DOI: 10.1007/s00383-016-3933-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The administration of ghrelin improved hepatocellular injury following parenteral feeding in a rat model of short bowel syndrome. (2016)
  • Author(s): Onishi S, Kaji T, Yamada Y, Moriguchi T, Sugita K, Yamada K, Kawano T, Nakame K, Mukai M, Yamada S, Yoshioka T, Tanimoto A, Ieiri S
  • Journal Title: Pediatr Surg Int Volume: 32 Pages: 1165-1171
  • DOI: 10.1007/s00383-016-3975-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anicteric survival with the native liver after redo Kasai. Long-term follow-up. A first report (2016)
  • Author(s): Nakamura H, Kawano T, Yoshizawa K, Nakajima H, Suda K, Koga H, Nakame K, Ieiri S, Takamizawa S, Urushihara N, Yanai T, Yamataka A
  • Journal Title: J Pediatr Surg Volume: 51 Pages: 2109-2112
  • DOI: 10.1016/j.jpedsurg.2016.09.049
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prophylactic Efficacy of Enteral Miconazole Administration for Neonatal Intestinal Perforation and its Potential Mechanism (2016)
  • Author(s): Torikai M, Ibara S, Ieiri S, Hamada T, Noguchi H,Sueyoshi K, Fukuda T, Abeyama K
  • Journal Title: Pediatr Surg Int Volume: 32 Pages: 863-867
  • DOI: 10.1007/s00383-016-3946-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Abdominal wall regenerative medicine for a large defect using tissue engineering: An experimental study (2016)
  • Author(s): Suzuhigashi M, Kaji T, Mukai M, Nakame K, Yamada W, Ohnishi S, Ieiri S
  • Journal Title: Pediatr Surg Int Volume: 32 Pages: 959-965
  • DOI: 10.1007/s00383-016-3949-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] シーリングシステムがもたらす小児外科内視鏡外科への安全性と適応拡大 (2016)
  • Author(s): 家入里志
  • Organizer: 第26回九州内視鏡下外科手術研究会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-09-03
  • Invited
• [Presentation] Laparoscopic Surgery for Pediatric Urorogy with the focus of hydronephrosis (2016)
  • Author(s): Ieiri S
  • Organizer: The 53rd Annual Congress of the Japanese Society of Pediatric Surgeons
  • Place of Presentation: ヒルトン福岡シーホーク(福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-05-24 – 2016-05-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] Chapter 43 Anorectal Prolapse, Operative General Surgery in Neonates and Infants (2016)
  • Author(s): Ieiri S, Kaji T, Taguchi T
  • Total Pages: 273-6
  • Publisher: Springer