直感的操作可能な遠隔力覚臨場感手術システムの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350130
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 藤本 英雄 名古屋工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60024345)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鳥居 修平 名古屋工業大学, 大学院・医学研究科, 教授 (60115607) ; 佐野 明人 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (80196295)
• Keywords: 直感的遠隔操作 / マスタースレーブ方式 / 力触覚 / 位置・カスケーリング / 視覚・力覚レジストレーション / 手術システム・シミュレータ / 柔軟物モデリング / 医工学

Research Abstract

近年,コンピュータ支援外科手術あるいは医療ロボットが国外,国内で注目され,特に医療現場からの期待が高まっている.これは,21世紀初頭の高齢化社会において,老人医療や在宅医療の需要が急増すること,ならびに最先端の医療分野では高度な工学技術との融合が不可欠であることが,一つの社会的背景となっている.特に,遠隔手術支援システムの開発は,その重要性と社会に与えるインパクトから,研究開発のドライビングフォースになっている.
技術開発の動向としては,大きく二つの流れがある.一つは,手術室で働くスタッフの数を減らすように作業の自動化・省力化を目的とし,手術機器を高度にインテリジェント化するためのコンピュータ援用技術である.もう一つは,術者自身が遠隔の手術環境と仮想的に対面し,組織に触れた感覚を伴いながら手術を行うためのバーチャルリアリティやテレロボティクスの技術である.いずれにしても微細作業技術は不可欠なものとなっている.
本研究では,人間の自然な作業動作に則した直感的操作が可能な遠隔手術システムの実現を目指した.
本年度の研究実施報告
1.提案するシステムが有効に働く手術内容を整理し,これを模擬した操作タスクを設定した.その上で,どのようなスケーリングパラメータ(位置,力)が最適か,医師の協力のもと実験的に検討した.このとき,術者個人が操作し易いと感じるスケーリングパラメータを重視し,逆にそのスケーリングが如何に理に適っているかを明らかにした.また,術者の手腕のインピーダンスの測定・解析も同時に行い,力学的な観点から技量との関係に関しても検討した.
2.H_∞制御理論あるいはμ-解析・設計法を採用し,ネットワーク(リモートルータを備品申請)を介した力帰還型パイラテラル制御系を構築した.また,リアルタイムOSであるVxWorks上でC言語にて信頼性の高いプログラム開発を行った.検討課題として,補償可能な通信遅れの上限値,安定性と操作性のトレードオフ,モデルの不確かさに対するロバスト性の確保,視覚と力覚の同期問題を含む遠隔操作に適した画像圧縮・伝送法の確立した.
3.医学部による臨床実験,臨床評価の実施に向けて準備を行った.

Research Products

• [Publications] 佐野明人, 西 恒介, 宮西英樹, 藤本英雄: "触覚情報に基づく遠隔臨場感多指ハンドシステムの構築"計測自動制御学会論文集. 40・2. 164-171 (2004)
• [Publications] 竹内博良, 胡摩心一郎, 佐野明人, 藤本英雄: "インタラクティブな手術シミュレーションのための柔軟物操作モデリング"日本バーチャルリアリティ学会論文誌. 8・2. 137-144 (2003)
• [Publications] 佐野明人, 藤本英雄, 梶野英紀: "マイクロドームシステムによる直観的遠隔操作"日本ロボット学会誌. 20・8. 82-89 (2002)