| 研究課題/領域番号 |
24240020
|
|---|
| 研究機関 | 立命館大学 |
|---|
研究代表者 |
田中 弘美 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (10268154)
|
|---|
| 研究分担者 |
佐藤 誠 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (50114872)
平井 慎一 立命館大学, 理工学部, 教授 (90212167)
島田 伸敬 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (10294034)
森川 茂廣 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (60220042)
来見 良誠 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (70205219)
小森 優 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (80186824)
脇田 航 立命館大学, 情報理工学部, 助教 (80584094)
赤羽 克仁 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教 (70500007)
田川 和義 立命館大学, 立命館グローバル・イノベーション研究機構, 准教授 (40401319)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
|
| キーワード | ヒューマンインターフェース / ハプティクス |
|---|
| 研究概要 |
視触力覚データに基づく手技モデリングの手指に作用する分布力の計測と解析では，有限要素法による非一様組織のモデリング手法を提案し，硝子体の力学モデリング，足部の力学モデリングに適用した．硝子体のモデリングでは，三要素モデルを用いて硝子体のレオロジー変形特性を表した．さらに，硝子体内部を運動するマイクロロボットの駆動力と運動軌道からモバイルパラメータを推定した．足部の力学モデリングでは，CTによる足部の撮像結果から骨と組織部を抽出し，動的モデルを構築した．また，手指運動と姿勢および対象物体の３次元形状推定においては,外科手術の傷縫合時の糸結び手技に対し，三次元形状特徴（SHOT特徴）のBoW表現とその時系列を手技モデルとして記述した。DP法をつかって入力テストシーケンスと照合した結果，フレーム単位のプロセス進捗状況を概ね判定できた
仮想実地訓練のための手技シミュレーション構築では，オンラインリメッシュ（適応的四面体メッシュを利用）に対応した埋め込み型非一様軟組織シミュレーション法を開発するとともに，埋め込み型非一様軟組織モデルに対する鉗子での把持や，クリップ止め等の手技インタラクション法を考案し，プロトタイプの実装および評価を進めた． 両手多指型触力覚提示デバイス開発においては，熟練者からの教示を行うための，操作者の手の甲への力覚提示を行うシステムを構築した。手の甲に装着するエンドエフェクタは，できる限り装着した際の違和感を与えないための設計を行った
手技モデルを用いる仮想実地訓練法の開発では，手技モデルを用いる仮想実地訓練法開発のため，訓練中の手指の３次元表面形状データを獲得可能なシステム開発と共に，獲得した形状データやシミュレータ操作ログを用いた手技プロセス抽出手法を実装した,また，熟練者の動きを訓練生に３自由度の力覚を通じて提示することによる影響について基礎的な検討を行った
|
| 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
視触力覚データに基づく手技モデリングの手指に作用する分布力の計測と解析においては，モデルパラメータの推定方法は確立している．ただし，組織に作用する力と組織の変形の計測が必要である．条件によって異なる計測の手法を用いる必要があると考えられるので，様々な計測手法を試みる予定である
手指運動と姿勢および対象物体の３次元形状推定においては，開腹手術シーンの映像を解析するとかなり高速で細かい動きパタンの繰り返しであることがわかったため，距離画像から取得した局所的形状特徴の組み合わせで見えを記述し.その時系列を部分照合する方策がより適切と考え手法を切り替えることで概ね計画時の達成度となった.
仮想実地訓練のための手技シミュレーション構築においては，埋め込み型非一様軟組織シミュレーションおよび手技インタラクションを実現するため，グローバル要素を用いた変形計算や，ローカル要素への補間，埋め込み変形モデルに対する把持などの接触処理は完成しており，力覚的実時間での動作が可能であることを確認している．しかし，電気メス等での切断に伴う補間行列の更新処理はまだ実装されていない．
両手多指型触力覚提示デバイス開発においては，熟練者からの技能教示を行うための，操作者の両手の手の甲へ6自由度の力覚提示を行うシステムを構築した.熟練者の教示データからよりよい教示が可能なワイヤ配置およびエンドエフェクタの改良を検討する.
手技モデルを用いる仮想実地訓練法の開発においては，訓練生の手技の計測データから，あらかじめ与えられた手術プロセスの抽出・認識する手法については実装が完了しており, 熟練者の手技の計測データを用いた訓練者への力覚教示についても基本的な手技について実践している．そのため，より詳細なデータ収集・解析に向けて順調に課題が推進されているものと考えられる.
|
| 今後の研究の推進方策 |
視触力覚データに基づく手技モデリングの手指に作用する分布力の計測と解析においては，組織に作用する力と組織の変形の計測に関して，様々な計測手法を試みる予定である．候補として，マイクロセンサを用いる直接的なセンシングと超音波エラストグラフィーを用いる間接的なセンシングを試みる. 手指運動と姿勢および対象物体の３次元形状推定においては，１）三次元特徴のスケールを調整しながら時系列間でフレーム間照合の性能向上をはかる，２）手技時系列モデルのセグメント化によるプロセスモデル化，３）熟練者の糸結び手技のプロセスモデルを用いる訓練者への教示を行う方策を検討すること，を順次行う予定である.
仮想実地訓練のための手技シミュレーション構築においては，前年度開発した埋め込み変形モデルの更なる実装および仮想実地訓練システムへの組み込みを進めるともに，埋め込み変形モデルを用いた異型バリエーションの剥離シミュレーションを開発する.さらに, GPU上での埋め込み型非一様軟組織シミュレーション処理を効率良く行うことを可能とする大規模並列計算アルゴリズムを開発する．
両手多指型触力覚提示デバイス開発においては，教示が可能なワイヤ配置を検討する.操作の重要性や，頻度を考慮して，配置を再検討する.また，手の甲に装着するエンドエフェクタも違和感を与えないように改良を行う。
手技モデルを用いる仮想実地訓練法の開発においては，手技計測データとシミュレータ操作ログを統計処理することで，手技プロセスモデルをより実践に即したものになるよう改良していく．また，力覚提示を６自由度して教示へ与える影響を確認すると共に，複数種類の手技に対しても適用検証することで，力覚提示を用いた教示の有効性について検証していく．
|
