機能性流体の鎖状クラスタ切断抵抗を利用した力学的脳組織模擬手法の確立

• 研究課題/領域番号: 24686029
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 知能機械学・機械システム
• 研究機関: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工 (2016); 東北大学 (2012-2015)
• 研究代表者: 辻田 哲平 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, その他部局等, 准教授 (40554473)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2015年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2014年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2013年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2012年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: MR流体 / 機能性流体 / 力覚提示装置 / ハプティックインタフェース / 手術シミュレータ / 機械力学・制御 / 知能機械 / バーチャルリアリティ / バーチャル・リアリティ

研究成果の概要

医師は様々な手術器械を使用しながら手術を行うため，手術シミュレータにおいても，様々な外科器具を介して反力を提示する必要がある．そこで，MR流体を用いた脳外科手術シミュレータ用の遭遇型力覚提示装置を開発している．本研究では，2自由度力覚提示のための力制御器を提案および左右の手に独立した反力を表示できる8自由度力覚提示装置の開発を行った．提案した制御器では，ブタ肝臓の切断力を模倣することに成功した．また， 8自由度力覚提示装置では， 脳外科手術訓練のために，2つの力覚提示部を有しそれぞれを4自由度のモーションテーブルで駆動することで，両手に持った術具に対して独立に力を提示可能とした．

研究成果

• [国際共同研究] Carnegie Mellon University(米国)
• [雑誌論文] Haptic Interaction with Segmented Medical Image Embedded in Finite Element Mesh (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Sase, Teppei Tsujita, Atsushi Konno
  • 雑誌名: Journal of Japan Society of Computer Aided Surgery 巻: 印刷中
  • NAID: 130006150224
  • 査読あり
• [雑誌論文] Securing an Optimum Operating Field without Undesired Tissue Damage in Neurosurgery (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuhara, T. Tsujita, K. Sase, A. Konno, A. Nakagawa, T. Endo, T. Tominaga, X. Jiang, S. Abiko and M. Uchiyama
  • 雑誌名: Advanced Robotics 巻: 30 号: 19 ページ: 1245-1259
  • DOI: 10.1080/01691864.2016.1200483
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and Evaluation of an Encountered-type Haptic Interface Using MR fluid for Surgical Simulators, Advanced Robotics (2013)
  • 著者名/発表者名: Teppei Tsujita, Kazuya Sase, Atsushi Konno, Masano Nakayama, XiaoShuai Chen, Koyu Abe and Masaru Uchiyama
  • 雑誌名: Taylor & Francis 巻: vol. 27, no. 7 号: 7 ページ: 525-540
  • DOI: 10.1080/01691864.2013.777013
  • 査読あり
• [学会発表] MR 流体を用いた遭遇型ビジュアルハプティックディスプレイの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大成大樹，安孫子聡子，辻田哲平
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: 郡山
  • 年月日: 2017-05-12
• [学会発表] Haptic Rendering of Contact Between Rigid and Deformable Objects Based on Penalty Method with Implicit Time Integration (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Sase, Teppei Tsujita and Atsushi Konno
  • 学会等名: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
  • 発表場所: Qingdao, China
  • 年月日: 2016-12-06
  • 国際学会
• [学会発表] Encountered-type Visual Haptic Display Using MR Fluid (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ohnari, Satoko Abiko, Teppei Tsujita
  • 学会等名: Asia Haptics
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2016-12-01
  • 国際学会
• [学会発表] MR流体を利用したハプティックインタフェースの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻田哲平
  • 学会等名: 東京都市大学総研セミナー
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-10-31
• [学会発表] Embedding Segmented Volume in Finite Element Mesh with Topology Preservation (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Sase, Teppei Tsujita, and Atsushi Konno
  • 学会等名: International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 2016-10-19
  • 国際学会
• [学会発表] ロボット技術を活用したヒトの模倣 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻田哲平
  • 学会等名: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門，計測自動制御学会SI部門ロボティクス部会共催 特別講演会「ヒトとロボティクス」
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] 領域分割された医用画像の有限要素メッシュ埋め込みにおけるトポロジ保存手法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐瀬 一弥, 辻田 哲平, 近野 敦
  • 学会等名: 日本ロボット学会学術講演会
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] 弾性体のリアルタイム接触シミュレーションと触覚提示手法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐瀬一弥，江間章斗，小川修平，辻田哲平
  • 学会等名: Computer Entertainment Developers Conference
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-08-25
• [学会発表] ロボット工学でヒトをまねる (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻田哲平
  • 学会等名: 横須賀市産業振興財団 産学交流セミナー
  • 発表場所: 横須賀
  • 年月日: 2016-07-08
  • 招待講演
• [学会発表] MR 流体を用いた脳外科手術シミュレータ用遭遇型力覚提示装置の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻田哲平，曽我佳紀，近野敦
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-06-09
• [学会発表] MR流体を用いた脳外科手術シミュレータ用遭遇型力覚提示装置の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 辻田哲平，曽我佳紀，近野敦
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門ロボティクス・メカトロニクス講演会2016
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-06-08
• [学会発表] MR流体を用いた手術シミュレーション用遭遇型力覚提示装置による二方向力覚提示 (2015)
  • 著者名/発表者名: 辻田哲平，亀山卓也，近野敦，安孫子聡子，姜欣，内山勝
  • 学会等名: 日本ロボット学会第33回学術講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-09-05
• [学会発表] Optimization of Retraction in Neurosurgery to avoid damage caused by deformation of Brain Tissue (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Fukuhara, Teppei Tsujita, Sase Kazuya, Atsusi Konno, Xin Jiang, Satoko Abiko and Masaru Uchiyama
  • 学会等名: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
  • 発表場所: Bali, Indonesia
  • 年月日: 2014-12-05 – 2014-12-10
• [学会発表] Identification of Mechanical Properties of Brain Parenchyma for Brain Surgery Haptic Simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiaoshuai Chen, Kazuya Sase, Atsushi Konno and Teppei Tsujita
  • 学会等名: IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics
  • 発表場所: Bali, Indonesia
  • 年月日: 2014-12-05 – 2014-12-10
• [学会発表] 実時間脳外科手術シミュレータのためのロバストな生体組織変形・剥離モデルと力覚インタラクション (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐瀬一弥，福原洸，辻田哲平，近野敦
  • 学会等名: 日本ロボット学会第32回記念学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学，福岡
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] 縫合シミュレーションのための糸のモデリングおよび生体組織との接触判定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永安伸大，近野敦，辻田哲平，佐瀬一弥，小水内俊介
  • 学会等名: 日本ロボット学会第32回記念学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学，福岡
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] 術具による脳組織圧排に伴う損傷を回避する深部病変部への最適手術経路計画 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福原洸，辻田哲平，佐瀬一弥，近野敦，姜欣，安孫子聡子，内山勝
  • 学会等名: 日本ロボット学会第32回記念学術講演会
  • 発表場所: 九州産業大学，福岡
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-06
• [学会発表] 柔軟組織の実時間縫合シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 永安伸大，近野敦，辻田哲平，佐瀬一弥，小水内俊介
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門 ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: 富山国際会議場，富山
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-29
• [学会発表] GPGPUを活用した実時間脳腫瘍摘出シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐瀬一弥，近野敦，辻田哲平，福原洸，陳暁帥，小水内俊介
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門 ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: 富山国際会議場，富山
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-29
• [学会発表] 脳腫瘍摘出シミュレーションのための安定な柔軟物破壊モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐瀬一弥，近野敦，辻田哲平，福原洸，陳暁帥，小水内俊介
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門 ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: 富山国際会議場，富山
  • 年月日: 2014-05-25 – 2014-05-29
• [学会発表] Displaying Cutting Force of Soft Tissue Using MR Fluid for Surgical Simulators (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuya Kameyama, Teppei Tsujita, Atsushi Konno, Xin Jiang, Satoko Abiko, and Masaru Uchiyama
  • 学会等名: IEEE Haptics Symposium
  • 発表場所: Houston, USA
  • 年月日: 2014-02-23 – 2014-02-26
• [学会発表] Encountered-Type Haptic Interface Using Magneto-Rheological Fluid for Surgical Simulators (2014)
  • 著者名/発表者名: Teppei Tsujita, Takuya Kameyama, Atsushi Konno, Xin Jiang, Satoko Abiko and Masaru Uchiyama
  • 学会等名: IEEE Haptics Symposium
  • 発表場所: Houston, USA
  • 年月日: 2014-02-23 – 2014-02-26
• [学会発表] Development of a Brain Surgery Simulator (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Konno, Masano Nakayama, Xiaoshuai Chen, Akira Fukuhara, Kazuya Sase, Teppei Tsujita and Satoko Abiko
  • 学会等名: International Symposium on Interdisciplinary Research and Education on Medical Device Developments
  • 発表場所: 弘前大学，弘前
  • 年月日: 2013-09-12 – 2013-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] 脳外科手術シミュレータ用マイクロ剪刀モジュールによる切断感覚提示 (2013)
  • 著者名/発表者名: 井上祐人，辻田哲平，姜欣，安孫子聡子，内山勝，近野敦
  • 学会等名: 日本ロボット学会第31回記念学術講演会
  • 発表場所: 首都大学東京，東京
  • 年月日: 2013-09-04 – 2013-09-06
• [学会発表] 脳裂開放シミュレーションのための接触判定法の提案 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福原洸，辻田哲平，佐瀬一弥，近野敦，姜欣，安孫子聡子，内山勝
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門 ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場，つくば
  • 年月日: 2013-05-22 – 2013-05-25
• [学会発表] 脳神経外科手術シミュレータ用力覚提示装置の開発と評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 庄司怜平，井上祐人，陳暁帥，中山雅野，阿部幸勇，姜欣，安孫子聡子，辻田哲平，近野敦，内山勝
  • 学会等名: 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門 ロボティクス・メカトロニクス講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場，つくば
  • 年月日: 2013-05-22 – 2013-05-25
• [学会発表] MR流体を用いた手術シミュレータ用遭遇型力覚提示装置による切断感覚提示 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上祐人,亀山卓也,佐瀬一弥,辻田哲平,姜欣,安孫子聡子,内山勝
  • 学会等名: 第13回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-12-19
• [学会発表] 生体軟組織切断感覚提示のためのMR流体の流動特性解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 亀山卓也,辻田哲平,佐瀬一弥,姜欣,安孫子聡子,内山勝
  • 学会等名: 第13回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-12-19
• [学会発表] Development of an Eddy Current Brake System for Detumbling Malfunctioning Satellites (2012)
  • 著者名/発表者名: Fumihito Sugai, Satoko Abiko, Teppei Tsujita, Xin Jiang, and Masaru Uchiyama
  • 学会等名: IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2012-12-16
• [備考] 手術シミュレータ用遭遇型ハプティックインタフェースの開発
  • URL: http://www.nda.ac.jp/cc/tsujita/researches/MR_Haptic.html
• [備考] Encountered-type Haptic Interface Using MR Fluid
  • URL: http://www.nda.ac.jp/cc/tsujita/researches/MR_Haptic-e.html
• [備考] http://www.nda.ac.jp/cc/tsujita/MR_Haptic.html
• [備考] 医療現場での実用化を視野に、自然で滑らか、臨時感あふれる脳外科手術シミュレータの開発に挑む。
  • URL: http://www.mech.tohoku.ac.jp/Overseas/report/tsujita/