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安全性と患者・術者のベネフィットを最大化する超精密自動手術プラットフォームの創出

研究課題

研究課題/領域番号 16H02319
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関東京大学

研究代表者

光石 衛  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90183110)

研究分担者 原田 香奈子  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80409672)
鈴木 昌彦  千葉大学, フロンティア医工学センター, 教授 (10312951)
阿部 信寛  川崎医科大学, 医学部, 教授 (80284115)
山本 江  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (20641880)
杉田 直彦  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70372406)
藤原 一夫  岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (00346438)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円)
2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2018年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2017年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2016年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
キーワード手術ロボット / 人工関節置換術支援ロボット / 高操作性 / 骨切除 / 切除温度 / 機械学習 / 半自動手術ロボット / バーチャルフィクスチャ / 人工関節置換術支援システム / 人工知能 / 熟練術者 / 手技解析 / 操作性 / 手術支援ロボット / 切削力
研究成果の概要

人工膝関節置換術における骨切除を半自動的に行うため、高操作性を有する骨切除ロボット、および、骨切除パラメータから切除温度をリアルタイムに判定するシステムを開発した。ロボットでは位置入力機構部と姿勢入力機構部を分けることにより、骨切除中に頻繁に行う姿勢変化によるロボット全体の動きを小さくすることが可能となり、操作性が向上した。また、直感的な入力が可能となった。
骨切除パラメータとして主軸回転数、術具傾斜角、送り速度をとり、切削温度を測定しデータセット用意し、学習させた。これによりパラメータを変化させたとき、切除温度が適切かどうかを判定可能となった。また、閾値と判別精度との関係を調べた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ここで提案するような半自動型手術支援システムを実現することにより、高精度でしかも安全性が高い手術を行うことができるので、患者にとってベネフィットが大きい。また、骨の切削条件によって高温になるかどうかをシステムが自動的に判断してくれるので、術者にとってもベネフィットが大きい。本研究で実現している自動判定システムは他にも利用することが可能であり学術的な意義は大きい。また、半自動型の手術支援システムは認可を得る上で重要であり、医学的・工学的な意義は大きい。さらに、本研究で実現するような安全性が高く高精度な手術支援システムの実現は世界的にニーズが高く社会的な意義は大きい。

報告書

(5件)
  • 2020 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Regulatory Science on AI-based Medical Devices and Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Kiyoyuki CHINZEI, Akinobu SHIMIZU, Kensaku MORI, Kanako HARADA, Hideaki TAKEDA, Makoto HASHIZUME, Mayumi ISHIZUKA, Nobumasa KATO, Ryuzo KAWAMORI, Shunei KYO, Kyosuke NAGATA, Takashi YAMANE, Ichiro SAKUMA, Kazuhiko OHE, Mamoru MITSUISHI
    • 雑誌名

      Advanced Biomedical Engineering

      巻: 7 号: 0 ページ: 118-123

    • DOI

      10.14326/abe.7.118

    • NAID

      130006744027

    • ISSN
      2187-5219
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 半自動型人工膝関節置換術による骨切除の最適化に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      岡衛, 松本夏輝, 原田香奈子, 光石衛
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMECH2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 半自動型人工膝関節置換術支援ロボットに関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      岡衛, 松本夏輝, 原田香奈子, 光石衛
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMECH2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Semi-Automatic Robot that Enables Optimization of Cutting Conditions for Minimally Invasive Total Knee Arthroplasty2019

    • 著者名/発表者名
      Natsuki Matsumoto, Kaoru Yoshihara, Mamoru Oka, Kazuo Fujiwara, Kanako Harada, Mamoru Mitsuishi
    • 学会等名
      The 15th Asian Conference on Computer Aided Surgery (ACCAS 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Future direction and regulations of surgical robots with AI2019

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Mitsuishi
    • 学会等名
      IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Surgical System of the Future Based on Production Engineering and the Integration of AI Technology2019

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Mitsuishi
    • 学会等名
      18th International Manufacturing Conference, 8th International Conference of Manufacturing Technology Engineers
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] AI Embedded Medical Devices and Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Mitsuishi
    • 学会等名
      第33回 台日工程技術研討会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 術者動作支援を特徴とした人工膝関節置換術支援ロボットに関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      吉原馨, 松本夏輝, 藤原一夫, 光石衛
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMECH2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Regulatory Science on AI-based Medical Devices and Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Mitsuishi
    • 学会等名
      Workshop at Food and Drug Administration, Ministry of Health and Welfare, Taiwan
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高操作性を特徴とする人工膝関節置換術支援ロボットに関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      松本夏輝, 吉原馨, 岡衛, 藤原一夫, 光石衛
    • 学会等名
      第28回日本コンピュータ外科学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of an Advanced Microsurgery System2018

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Mitsuishi
    • 学会等名
      The 14th Asian Conference on Computer Aided Surgery (ACCAS 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-01-27  

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