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2017 年度 実施状況報告書

脳波と眼電位で操作する次世代ロボット腹腔鏡システムの構築

研究課題

研究課題/領域番号 16K00358
研究機関法政大学

研究代表者

石井 千春  法政大学, 理工学部, 教授 (80296079)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード腹腔鏡下手術 / ロボット腹腔鏡 / 脳波 / 眼電位 / ハンズフリー操作
研究実績の概要

近年、低侵襲手術の発展に伴い腹腔鏡下手術が数多く行われている。手術費用と執刀医のストレスを低減し、より円滑な腹腔鏡下手術を可能にするロボット腹腔鏡の開発需要が高まっている。そこで本研究では、執刀医の脳波と眼電位により、執刀医が自分の意思で見たい視野を得られるように直観的かつ少ない動作で操作できる次世代のロボット腹腔鏡を開発することを目的とする。脳波により安静時と集中時を識別し、眼電位により眼球運動の識別を行い、集中時に眼球の運動方向に腹腔鏡の先端が向くよう制御を行う。これにより、執刀医一人で円滑に手術を行うことが可能となる。脳波と眼電位という生体信号を用いて操作することにより、今後の遠隔手術の可能性を切り開く次世代のロボット腹腔鏡を日本から世界に向けて発信する。本年度は、以下の内容を実施した。
[a] 外科医の協力の下、手術動作時における外科医の生体信号等の測定を行った。
[b] 測定電極数を6つに増やし、脳波の特徴を明瞭に抽出するために独立成分分析を行い、その後短時間フーリエ変換を行い、減少したパワースペクトルを特徴量として定義し、ニューラルネットワークを用いて把握動作の有無及び左右の把握を識別する識別実験を行った。電極数を増やし、独立成分分析を行うことにより、識別率の向上が確認できた。[c]は昨年度に完了している。
[d] 医療器具のローテーション配置において、十分な腹腔鏡の視野を得るために、先端が屈曲可能な腹腔鏡マニピュレータを製作した。
[e] 製作した先端が屈曲可能な腹腔鏡マニピュレータを用いて検証実験を行い、視野の増加を確認した。また、腹腔鏡ロボットの操作方法に関しても、より直観的に操作するために、映像のズームインとズームアウトを顔の前後移動で操作できるように改良した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

[d] 先端が屈曲可能な腹腔鏡マニピュレータを製作し、[e] 操作実験を行って、製作した腹腔鏡マニピュレータの有効性を検証することができた。また、[b] 脳波の解析においても、電極数を増やし、独立成分分析を行うことにより、識別率の向上を確認している。ただし、先端の屈曲と腹腔鏡ロボット本体の操作を切り替えるのではなく、同時に操作できるアルゴリズムを新たに開発する必要性が生じた。以上より、本年度の目的をほぼ達成できており、おおむね順調に進展していると評価した。

今後の研究の推進方策

最終年度は、以下の内容を実施する。
[f] 製作した先端が屈曲可能な腹腔鏡マニピュレータにおいて、先端の屈曲と腹腔鏡ロボット本体を同時に操作できるアルゴリズムを確立し、制御システムを実装した後、外科医に操作実験を行ってもらい、構築したロボット腹腔鏡システムの操作性を評価してもらう。
[g] 外科医からの操作性の評価に基づき、制御システムの改善を行う。
[h] [g]の改善に伴い、川崎のラボ施設において、改善したロボット腹腔鏡システムを用いて、再度、川村医師と同僚の外科医に協力していただいてラボ実験を行い、①外科医による言語報告、②外科医の生体情報、③手術動作に要する時間(行動指標)の比較により、ロボット腹腔鏡システムの有用性を評価する。
また、得られた研究成果については随時、国内外の学会で公表する。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額が生じた理由は、毎年年に2回ラボ施設にて行っている、外科医の生体信号等の測定実験が、ラボ施設の規定改訂により、書類申請が間に合わず、1回しか実施できなかったためである。次年度使用額は、これまでに得られた研究成果を4月にインドネシアで開催される、国際会議IBBET 2018のキーノートスピーチで公表するための旅費として使用する。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Navigation of an Electric Wheelchair Using EMG, EOG and EEG2018

    • 著者名/発表者名
      Chiharu Ishii, Shunsuke Murooka and Minato Tajima
    • 雑誌名

      International Journal of Mechanical Engineering and Robotics Research

      巻: Vol.7, No.2 ページ: 143-149

    • DOI

      10.18178/ijmerr.7.2.143-149

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Impedance Control of Robotic Forceps for Safe Robotic Surgery2018

    • 著者名/発表者名
      Chiharu Ishii and Tetsuya Oyama
    • 雑誌名

      Proceedings of the International Conference on Control, Automation and Diagnosis 2018

      巻: Vol.1 ページ: Paper42(1-6)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coffee Maker Robot Based on Simple Vocabulary and Partially Observable Markov Decision Process (POMDP)2017

    • 著者名/発表者名
      Widodo Budiharto and Chiharu Ishii
    • 雑誌名

      ICIC Express Letters: An International Journal of Research and Surveys

      巻: Vol.11, Issue 4 ページ: 757-762

    • DOI

      10.24507/icicel.11.04.757

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Feedback device of temperature sensation for a myoelectric prosthetic hand2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Ueda and Chiharu Ishii
    • 雑誌名

      Advances in Science Technology and Engineering Systems Journal

      巻: Vol.2, No.3 ページ: 41-47

    • DOI

      10.25046/aj020307

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a Robotic Laparoscope for Laparoscopic Surgery and Its Control2017

    • 著者名/発表者名
      Iori Murasawa, Shuhei Murofushi, Chiharu Ishii and Hideki Kawamura
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: Vol.29, No.3 ページ: 580-590

    • DOI

      10.20965/jrm.2017.p0580

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 筋電位・眼電位・脳波による電動車いすの操縦2017

    • 著者名/発表者名
      石井千春
    • 雑誌名

      精密工学会誌

      巻: Vol.83, No.11 ページ: 1006-1009

    • DOI

      https://doi.org/10.2493/jjspe.83.1006

  • [学会発表] Development of Medical and Assistive Devices for Aging Society2018

    • 著者名/発表者名
      Chiharu Ishii
    • 学会等名
      2018 2nd International Conference on Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering (CAMME 2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Medical and Assistive Devices Developed for Aging Society2017

    • 著者名/発表者名
      Chiharu Ishii
    • 学会等名
      2017 7th International Conference on Biomedical Engineering and Technology (ICBET 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 介護用自動排泄処理装置のカップの改良に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      芹田洋,石井千春
    • 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2017
  • [学会発表] 力覚と温度覚を提示する筋電義手用感覚フィードバック装置の開発2017

    • 著者名/発表者名
      礒部真来,植田勇貴,石井千春
    • 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2017
  • [学会発表] 脳波を用いた運動識別に関する研究―独立成分分析及びニューラルネットワークを用いた識別―2017

    • 著者名/発表者名
      田嶋海南人,石井千春
    • 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2017
  • [学会発表] 腹腔鏡下手術用ロボットの安全性向上を目的とした制御系の構築2017

    • 著者名/発表者名
      小山哲也,石井千春
    • 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2017
  • [学会発表] 上肢リハビリテーション用パワーアシストスーツの開発2017

    • 著者名/発表者名
      河村俊貴,石井千春
    • 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2017
  • [学会発表] 介護用パワーアシストスーツの実用化に向けた改善2017

    • 著者名/発表者名
      吉田康太郎,大木知寛,石井千春
    • 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2017
  • [学会発表] 腹腔鏡下手術トレーニングシステムの構築―目標位置到達過程における手ぶれと作業時間の評価―2017

    • 著者名/発表者名
      成田結香,石井千春,川村秀樹
    • 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2017
  • [学会発表] 動力伝達部が脱着可能な単孔式腹腔鏡下手術用鉗子マニピュレータの改良2017

    • 著者名/発表者名
      太田亮介,石井千春
    • 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2017
  • [学会発表] リハビリテーション用脚部パワーアシストスーツの開発-立ち上がり動作のアシスト改善と動作開始の判別-2017

    • 著者名/発表者名
      大芝晃平,石井千春
    • 学会等名
      電気学会 制御・産業計測制御合同研究会
  • [学会発表] Applications of Robot Technology to Medical and Assistive Devices2017

    • 著者名/発表者名
      Chiharu Ishii
    • 学会等名
      2017 2nd International Conference on Robotics and Machine Vision (ICRMV 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 力覚フィードバックを用いた腹腔鏡下手術用ロボットによる触診システムの開発2017

    • 著者名/発表者名
      小山哲也,石井千春,川村秀樹
    • 学会等名
      電気学会 メカトロニクス制御研究会
  • [学会発表] 振動提示による筋電義手の触覚フィードバック装置の開発2017

    • 著者名/発表者名
      小林耕太,礒部真来,石井千春
    • 学会等名
      電気学会 メカトロニクス制御研究会
  • [学会発表] 呼気ガス分析によるアシストスーツの有効性の検証2017

    • 著者名/発表者名
      吉田康太郎,田中直人,泉田祥吾,石井千春,高見京太
    • 学会等名
      日本機械学会 第30 回バイオエンジニアリング講演会
  • [学会発表] Challenge for Development of the Surgical Robot2017

    • 著者名/発表者名
      Chiharu Ishii
    • 学会等名
      2017 7th International Conference on Environment Science and Biotechnology (ICESB 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] "Biomimetic Prosthetics", Chapter 3, "Sensory Feedback Device for Myoelectric Prosthetic Hand"2018

    • 著者名/発表者名
      Chiharu Ishii, et al. (Edited by: Ramana Vinjamuri)
    • 総ページ数
      110
    • 出版者
      INTECH
    • ISBN
      978-953-51-3819-8

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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