手術支援ロボットにおける運動力学評価を用いた技術評価とトレーニング法の開発

• 研究課題/領域番号: 20K09041
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分55020:消化器外科学関連
• 研究機関: 名古屋市立大学
• 研究代表者: 瀧口 修司 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 教授 (00301268)
• 研究分担者: 小川 了 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (70423853) ; 田中 達也 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (20529169) ; 伊藤 直 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 助教 (70831775)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円); 2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: ロボット手術 / モーションキャプチャー / リストワーク / 至適肢位 / ロボット支援手術 / 手術支援ロボット / 動作解析 / 手関節 / 加加速度 / 手術トレーニング / トレーニング / 手術 / ロボット支援下手術

研究開始時の研究の概要

手術支援ロボットは、直観的であり操作自体は覚えやすい。さらに腹腔鏡の鉗子と違い、手関節の動きで鉗子を自由に曲げることが可能である。これにより高度で安全な手術につながる。しかし、多くの術者は、腹腔鏡の直線的な鉗子操作に慣れており、手術支援ロボットのパーフォーマンスを引き出し切れていない。ロボット手術の適応は拡大しており、今後多くの外科医がこの技術を習熟する必要がある。そのため、そのトレーニング方法を確立することが重要と考えた。本研究は「モーションキャプチャー」によって、術者の手関節の動きを解析することで、有効な動きを明らかにして「ロボット支援下手術」の教育方法を確立していくことにある。

研究実績の概要

手術支援ロボットにおける運動力学評価を用いた技術評価とトレーニング法の開発を目的とした本課題において、まずは最も重要な動きの抽出を行なった。
手術支援ロボットは術者の手の動きを完全に再現するマスタースレーブ方式を取っている。そのため、操作は直観的あり、腹腔鏡手術よりは日常動作と類似しており馴染みやすい。さらには、腹腔鏡手術の鉗子と異なり、手関節の動きで鉗子を自由に曲げることが可能である。しかしながら、ロボット支援手術を始めたばかりの術者の多くは、腹腔鏡手術の直線的な鉗子操作に慣れているために手術支援ロボットの鉗子の可動域を十分に活かしきれていない。このことは、ロボット支援手術に熟練した術者とそうでない術者の鉗子動作を見ても感じることである。それを客観的に明らかにするため、モーションキャプチャーを計画した。
まずは、比較する動作を決定した。手術支援ロボットに搭載したスキルシミュレーター内において、着眼しているリストワークが現れやすい動作を含む複数のタスクを選定した。学生、研修医、熟練した外科医において、リストワークに差がありそうなことを録画した動画クリップにおいて確認した。
次に、モーションキャプチャーを行うための機器・装置の決定である。当初予定していた光学式の装置はデモにより、死角が多く生じるため不適切であることが確認された。最終的に全身スーツと一体となったモーションキャプチャー機器で再現性のある良いデータが取れたので購入した。
ロボット手術を行なっている外科医と、非外科医とで同じタスクを用いて測定を行ったところ、外科医は至適肢位を保ちつつ、効率的に上肢を動かしていることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

限られた予算で再現性のあるデータを採取できるシステムの選定に時間を要した。新型コロナ感染症による行動制限によりデモンストレーションが行えず、システム選定に大きく影響を及ぼした。
しかし、再現性のあるデータが取れる機器を見つけることができ、着目したロボット操作に差があることを明らかにできたので、最終的なプロトコール作成のためのタスクを作成している。

今後の研究の推進方策

最終的な動作解析のためのプロトコール（手術支援ロボットのシミュレータ内のタスク）が作成できたら、実際の試験を行う。また、詳細なデータ解析の準備を行なっている。