| 研究課題/領域番号 |
26330199
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| 研究機関 | 前橋工科大学 |
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研究代表者 |
王 鋒 前橋工科大学, 工学部, 教授 (80323046)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | スマートセンサ情報システム / 触覚 / 触診 / センサ |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、柔軟性生体組織の弾性・粘弾性特徴等の複雑な触覚性状を同時に定量化的に把握する触覚センサシステムを開発するものである。具体的には、複数種の機能性材料をセンサ受感材として使用して、人間の触覚受容体の動的な振動触覚と静的な圧触覚を同時に模倣して、生体組織のような柔軟性対象物に対して人間の曖昧的な触覚を客観的に定量的に実現し、柔軟な生体組織の弾性特性と粘弾性特性を同時に計測することにより、正常部位と腫瘍などの病変部位の組織の識別を可能とする触診センサシステムを開発する。将来、医師に腫瘍などの触診を定量化客観化できる手法を提供し、また一般人にも在宅で乳がんなどの病変の早期発見に使用可能な触覚センサシステムを提供することを目指す。
研究期間中の初年度に、ハードウェアを構築した。PVDFフィルムと感圧導電性ゴムをセンサ受感材として利用し、センサ受感部、センサベース部およびセンサ駆動部の形状、構造、材質の設計を行い、センサを試作した。また、センサ出力の前処理電子回路の設計試作などを行い、データ収集システム等のハードウェアを構築した。さらに、センサ加振装置の振動発生・振動伝達などの機構を設計して試作した。
データ収集実験を行った。異なる弾性・粘弾性特性を持つ実験サンプルを対象物として利用し、構築したセンサシステムのハードウェアを用いてこれらのサンプルに対してデータ収集実験を行っている。
定量化パラメータの抽出を進行している。データ収集実験の結果を基づき、センサ出力から弾性・粘弾性特性を定量化的に表す時間領域・周波数領域パラメータを検討している。
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| 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
平成26年度に、おおむね計画通り研究を進展している。
（１）ハードウェアの面に、センサ本体、前処理回路、データ収集システムの設計試作は完了しており、センサ加振装置の振動発生・振動伝達などの機構も設計して試作して、プロトタイプの構築は予定通り完成した。（２）データ収集実験を行っている。構築したセンサシステムのハードウェアを用いて、自作および外注の異なる対象物に対して、データ収集実験を行った。（３）定量化パラメータの摸索を進行している。データ収集実験の結果を基づき、センサ出力から弾性・粘弾性特性を定量化的に表す時間域・周波数域パラメータを検討している。感圧ゴム出力の時間領域および周波数領域パラメータから、対象物の硬さに関連する弾性特性を表すパラメータはほぼ確立した。PVDF出力から、粘弾性特性を表すパラメータの検討を現在進行している。
さらに、ハードウェアの試作、データ収集実験においては、本来予定している27年度のセンサ改善改良と、駆動部最適な振動周波数および振幅の摸索も一部進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度以降、今まで実験の知見を元に、ハードウェア、ソフトウェアおよび検証実験の各方面において以下のように研究を推進したい：
（１）ハードウェアの面では、センサの構造・形状および母材の最適化を行い、センサ感度の向上を目指す。また、実験を経てセンサの振動周波数および振幅などの加振条件を模索し、粘弾性特性の定量化測定に最も有効な加振条件を確立し、加振装置と振動伝達機構を最適化する。
（２）ソフトウェア面においては、柔軟性生体組織の触覚性状を表す定量化するパラメータおよびそれらのパラメータを算出する信号処理アルゴリズムを確立する。特に、PVDFフィルムの出力の周波数領域パラメータと対象物の粘弾性特性との関係を定量的に検討して、対象物の粘弾性特性を表すパラメータを確立する。また、感圧ゴム等の出力より、対象物の弾性特性を表すパラメータを確立する。さらに、センサ出力からリアルタイム的にこれらのパラメータを算出するアルゴリズムを構築する。
（３）検証実験においては、自作ファントンや、医学教育用の触診モデルを利用して検証実験を行う。特に「乳がん触診モデル」を用いてシステムの性能検証実験を行い、正常部位の組織と乳がん・線維腺腫や乳腺症などの病変部位の組織を定量化的に判別する。
以上の各方面の改良改善を繰り返し、最終的に柔軟性生体組織の触覚性状を定量化する触診センサシステムを完成させる。
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