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2018 年度 実施状況報告書

整形外科手術前計画に役立つ紙ベースのラピッドプロトタイピングシステムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K01422
研究機関明治大学

研究代表者

ディアゴ ルイス・アリエル  明治大学, 研究・知財戦略機構, 研究推進員 (20467020)

研究分担者 篠田 淳一  明治大学, 研究・知財戦略機構, 研究推進員 (60266880)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワードorigami engineering / medical robotics / orthopedic surgery
研究実績の概要

In this year, system generalization was developed to work with complex bones shapes and adapt it to clinical conditions. The methodology was completed to simplify the pattern (including the condition that its 2D projections are "star-based polygons"), it was presented at national and international conferences [MIMS2018,JSIAM2018,CMD2018,7OSME]. After discussion with physicians about its adaptation to the clinic, a more accurate representation of the surface of the bones was needed (for example, the epiphysis of the proximal and distal femur). A new pattern design methodology based on the opening of the tree structure of traditional origami patterns was developed to address above problem. Thus, we developed a two arm robot to imitate the human's folding steps and continued developing automatic learning algorithms to recognize hands and paper states in scenes of origami performing (e.g.bending,gluing,sharpening). Videos are used to discover folding policies by robotic reinforcement learning in a simulation environment. Preliminary results with tracking were presented at national conferences [MIMS2019] and will be presented at international conferences [ASME2019, OKINAWA2019]. In addition, we worked with videos of driver's facial expressions in autonomous cars' simulation environments to explore possible forms of coordination between man and machines. To adapt to the clinical conditions, a software prototype was developed to obtain the 3D models from X-ray images in the clinic and the doctors were trained to use them.

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

It was possible to extend the method developed for more complex shapes of bones with a level of accuracy acceptable to physicians and it was possible to test a prototype of software developed for 3D reconstruction from X-ray images in the clinic.

今後の研究の推進方策

Currently we are working on the integration of two robots: one that is responsible for building the simple patterns obtained from the decomposition of the 3D parts using "star-based polygons" and another that is responsible for completing or inspecting the more complex parts using two robotic arms. It is necessary to explore possible forms of coordination between the two robots for the development of a common task in critical collaboration environments. There are still problems with the gluing of paper. It is necessary to reduce the number of gluing areas and, by using ANSYS-based simulation, to try other methods to reduce errors. During the discussion with orthopedic specialists, the idea of using the developed patterns to develop a new type of orthopedic nail arose. We are currently in the process of simulation with the new nail design.

次年度使用額が生じた理由

ロボットは米国機械学会(ASME)の大学院生の部で3等を得たものをベースにしたが、扱うものを紙から樹脂まで拡張し 、大きさも手のひらサイズから義足まで拡張したため、レゴブロックをベースとしたものの他に、いわゆる双腕ロボッ トの開発も試みた。 使用する機械学習や基本的な機構は、ほとんど同じだが、部品の選択に時間を要したため、期間を延長して成し遂げた い。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Fuzzy Simulation of Human Behaviour in the Health-e-Living System2019

    • 著者名/発表者名
      Martinez Remberto、Tong Marcos、Diago Luis、Nummenmaa Timo、Nummenmaa Jyrki
    • 雑誌名

      Studies in Fuzziness and Soft Computing

      巻: 377 ページ: 157~172

    • DOI

      10.1007/978-3-030-10463-4_9

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Learning from Human Behavior to Improve Preventative Health Information Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Martinez Remberto、Tong Marcos、Diago Luis、Lindstrom Jaana
    • 雑誌名

      Advances in Intelligent Systems and Computing

      巻: 876 ページ: 235~241

    • DOI

      10.1007/978-3-030-02053-8_36

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Norigami Crease Pattern Simplification for Automatic Folding.2018

    • 著者名/発表者名
      Romero JA, Diago LA, Nara C, Shnoda J, Hagiwara I
    • 雑誌名

      7th International Meeting on Origami in Science, Mathematics and Education (7OSME)

      巻: 4 ページ: 1313~1328

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Development of a pattern for folding with an origami robot ( 折紙ロボットで折るための展開図)2018

    • 著者名/発表者名
      Luis Diago, Yang Yang, Julian Romero and Ichiro Hagiwara
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2018年度年会 JSIAM2018, 名古屋大学 東山キャンパス 2018 年9月3日~5日
  • [学会発表] 動画から画像抽出する方法の比較検討2018

    • 著者名/発表者名
      安部 博枝, ルイス ディアゴ、萩原 一郎
    • 学会等名
      日本機械学会 第 31回計算力学講演会(CMD2018), 徳島大学 常三島キャンパス、 2018 年 11 月 23 日(金・祝)~25 日(日)
  • [学会発表] 折紙ロボットで三次元 形状を作る展開図についての考察2018

    • 著者名/発表者名
      楊 陽,ルイス ディアゴ, ジュリアン ロメロ、萩原 一郎
    • 学会等名
      日本機械学会 第 31回計算力学講演会(CMD2018), 徳島大学 常三島キャンパス、 2018 年 11 月 23 日(金・祝)~25 日(日)
  • [学会発表] NeuroFaceLab:自動運転における乗員分析 のための新しいフレームワーク2018

    • 著者名/発表者名
      ルイス ディアゴ,楊 陽、萩原 一郎
    • 学会等名
      日本機械学会 第 31回計算力学講演会(CMD2018), 徳島大学 常三島キャンパス、 2018 年 11 月 23 日(金・祝)~25 日(日)
  • [学会発表] 深層学習による顔表情の同定 (Facial Expression Analysis using Deep Learning)2018

    • 著者名/発表者名
      ルイス・ディアゴ,楊 陽,安部 博枝,萩原 一郎
    • 学会等名
      第23回日本顔学会、(フォー ラム顔学 2018)明治大学 2018 年 9 月 1 日(土), 2 日(日)
  • [学会発表] 顔表情による集中度計測2018

    • 著者名/発表者名
      安部 博枝,ルイス・ディアゴ,萩原 一郎
    • 学会等名
      第23回日本顔学会、(フォー ラム顔学 2018)明治大学 2018 年 9 月 1 日(土), 2 日(日)
  • [学会発表] A new method of creating patterns for a robot that builds three-dimensional models of bones on paper2018

    • 著者名/発表者名
      Luis Diago
    • 学会等名
      MIMS現象数理学拠点共同研究集 会「折紙数学と折紙工学を基盤とする産業応用」2018年8月17日(金)-18日(土)
    • 招待講演
  • [学会発表] A study on data acquisition and its processing to construct a rating system of diagnosis ability2018

    • 著者名/発表者名
      Luis Diago
    • 学会等名
      人工知能の現在と、次世代への実用化 ー医療画像に 対する有効な解析手法の開発に向けてー、2018 年 8 月 29 日(水)10 時 00 分~17 時 00 分、明治大学先端数理科学インスティテュート
    • 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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