• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2019 年度 実施状況報告書

微細手術支援ローカル操作ガイディング術具マニピュレータ

研究課題

研究課題/領域番号 18K04065
研究機関大阪工業大学

研究代表者

河合 俊和  大阪工業大学, ロボティクス&デザイン工学部, 教授 (90460766)

研究分担者 西川 敦  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20283731)
西澤 祐吏  国立研究開発法人国立がん研究センター, 東病院, 室長 (50545001)
中村 達雄  京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 准教授 (70227908)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード医用ロボット / 第三の手 / マニピュレータ機構 / ローカル操作
研究実績の概要

本研究では,執刀医が患者の傍で微細作業できる小型で分散可能なローカル操作マニピュレータシステムの実現を目指して,ヒトと共存協調するマニピュレータの機構や制御に関する基盤技術を確立すべく,ローカル操作ガイディング術具マニピュレータの構築と評価を目的としている.本年度は,初年度の成果を基にマニピュレータ機構や操作インタフェースに改良を施して,以下の成果を得た.
(1)円環2軸ガイドレールと直動ガイドローラの閉ループ構造を備える蛇管ワイヤ駆動式の3自由度鉗子マニピュレータの二次試作機を開発した.機構特性を確認して医師による臓器モデルを用いた評価実験を実施し,極座標系の全周および半周レールと各スライダで円環2軸にガイドし,従来鉗子を複数ローラと伸縮スライダで直動1軸にガイドする閉ループ3自由度機構の特性と課題を明らかにした.
(2)鉗子動作をガイドするピボット拘束具のジンバルとマニピュレータの平行リンク機構でピボット点が一致する閉ループ構造を備える3自由度鉗子マニピュレータの二次試作機を開発した.機構特性を明らかにし,医師が手動およびon/off操作で臓器モデルをハンドリングしながらスムーズに剥離切開できることを確認した.また,鉗子の軸まわり回転と把持の2軸を追加した,左右組み換え可能な機構を有する5自由度鉗子マニピュレータを開発した.
(3)外部デバイスを用いない操作インタフェースとして,Lab色空間の色相と明度を活用して内視鏡画像に映る術具を検出する画像認識手法を構築し,実際の手術映像に適用して術具の認識率と処理時間を計測した.また,臓器の牽引時に表れる複数の直線と,手術器具を簡単化した複数の楕円の交差から,臓器を牽引する手術器具を検出する手法を構築し,手術映像に適用して検出率と処理時間を計測した.

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

術具マニピュレータについて,円環2軸ガイドレール直動ガイドローラ型は,二次試作機の開発と医師の評価実験が実施できた.また,昨年度から新たに着手したピボット拘束具を備えるジンバル平行リンク型は,二次試作を開発し,医師の評価実験を通じて有用性を確認できた.
操作インタフェースについては,画像処理方式の開発と評価実験が実施できた.
以上より,当初の計画におおむね沿った進展となった.

今後の研究の推進方策

術具マニピュレータについて,鉗子挿入軸の機構改良を実施し,可動範囲を小さくできる差動機構を開発する.また,アクチュエータ種類の変更に着手し,DCサーボモータ駆動からステッピングモータ駆動への展開を図る.
操作インタフェースについて,ジャイロセンサなどを活用する直接入力方式を新たに考案する.また,画像処理方式では術具と臓器のセグメンテーション手法の構築を進める.
研究成果は,国内外の学術会議などで積極的に発表し,また,関連分野の研究者と議論した意見も真摯に取り入れ,研究分担者と協同して効率的に研究を推進する.

次年度使用額が生じた理由

(理由)
評価実験に係る旅費と消耗品費を抑制できたため.
(使用計画)
マニピュレータ機構や操作インタフェースの設計試作,および制御系構築と評価実験の実施に関し,機械電子の部品や材料,手術機材などの物品費に充当する.また,研究の打合せや成果発表など旅費に充当する.繰越し予算はとくに評価実験の充実に活用する.スピード感を持って本研究を推進するため,上記以外の経費が生じた場合にも,研究計画に変更が出ないよう対応する.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] ジンバルと平行リンクの閉ループ機構を備える内視鏡下手術支援ポータブル鉗子マニピュレータ2020

    • 著者名/発表者名
      韓勝成,河合俊和,西川敦,西澤祐吏,中村達雄
    • 雑誌名

      日本コンピュータ外科学

      巻: 22 ページ: 5~13

    • DOI

      https://doi.org/10.5759/jscas.22.5

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 内視鏡下ロボット支援ソロサージェリーに向けた鉗子マニピュレータLODEM2019

    • 著者名/発表者名
      河合俊和
    • 雑誌名

      日本コンピュータ外科学

      巻: 21 ページ: 59~65

    • DOI

      https://doi.org/10.5759/jscas.21.59

    • オープンアクセス
  • [学会発表] The path from a medical need to the market about medical device development2019

    • 著者名/発表者名
      Yuji Nishizawa, Akihiro Kondo, Toshikazu Kawai, Masaaki Ito
    • 学会等名
      the 15th Asian Conference on Computer Aided Surgery (ACCAS 2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Image Recognition of Surgical Tool in Working Area for Laparoscope Robot Control2019

    • 著者名/発表者名
      Fumiaki Nishimura, Hisa Nakasuji, Toshikazu Kawai, Atsushi Nishikawa, Noriyasu IWAMOTO, Yuji Nishizawa,Tatsuo Nakamura:
    • 学会等名
      the 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Forceps Manipulator with Circular Ring Guided Rail and Linear Guide Roller for Laparoscopic Surgery2019

    • 著者名/発表者名
      Ayumu Sasaki, Hiroki Amemori, Toshikazu Kawai, Atsushi Nishikawa, Yuji Nishizawa, Tatsuo Nakamura
    • 学会等名
      the 41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Portable Forceps Manipulator with Gimbal‐mounted Parallel Linkage and Telescopic Rail Mechanism for Laparoscopic Surgery2019

    • 著者名/発表者名
      S. Fukui, S. Han, T. Kawai, Y. Nishizawa, A. Nishikawa
    • 学会等名
      the 33rd International Congress and Exhibition of Computer Assisted Radiology and Surgery (CARS 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effectiveness of Pivot Restraint Device for laparoscopic accurate procedure2019

    • 著者名/発表者名
      A. Masatake, T. Kawai, S. Han, Y. Nishizawa, M. Ito, T. Sasaki, Y. Tsukada, K. Ikeda, H. Hasegawa
    • 学会等名
      European Association for Endoscopic Surgery (EAES2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] 腹腔鏡映像にて臓器を牽引する手術器具を検出するための画像処理手法2019

    • 著者名/発表者名
      西村文暁,河合俊和,岩本憲泰,西川敦,西澤祐吏,中村達雄
    • 学会等名
      日本コンピュータ外科学(JSCAS2019)
  • [学会発表] 大腸内視鏡外科手術を支援する5自由度マニピュレータの開発2019

    • 著者名/発表者名
      昌武新,河合俊和,西澤祐吏,西川敦,中村達雄
    • 学会等名
      日本コンピュータ外科学(JSCAS2019)
  • [学会発表] 手術支援マニピュレータの現状・将来動向とロボティクスへの期待2019

    • 著者名/発表者名
      河合俊和
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス研究討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] 手術ロボットの現状と将来動向( 少子高齢社会のロボティクス日本発少子高齢時代の医療・介護・福祉・健康のためのロボティクス)2019

    • 著者名/発表者名
      河合俊和
    • 学会等名
      2019センシング技術応用セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 鉗子ロボット操作に向けたLab色空間の色相を用いた内視鏡映像内の術具の画像認識2019

    • 著者名/発表者名
      西村文暁,河合俊和,岩本憲泰,西川敦,西澤祐吏,中村達雄
    • 学会等名
      第31回ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMECH2019)
  • [学会発表] 大腸内視鏡外科手術を支援する5自由度鉗子マニピュレータの提案2019

    • 著者名/発表者名
      昌武新,河合俊和,西川敦,西澤祐吏,中村達雄
    • 学会等名
      第31回ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMECH2019)
  • [学会発表] 円環ガイドレールと直動ガイドローラを備える鉗子マニピュレータ2019

    • 著者名/発表者名
      佐々木歩夢,河合俊和,西川敦,西澤祐吏,中村達雄
    • 学会等名
      第31回ロボティクス・メカトロニクス講演会(ROBOMECH2019)
  • [備考] 大阪工業大学 ロボティクス&デザイン工学部 医療ロボティクス研究室(河合研)

    • URL

      http://medicalrobotics.ninja-web.net/index.html

URL: 

公開日: 2021-01-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi