2017 Fiscal Year Annual Research Report
触知覚原理に基づいた術者との高い調和を生む腹腔鏡下触診システムの開発
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16J08253
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福田 智弘 名古屋工業大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 触診支援 / 腫瘍 / 触覚ディスプレイ / 触覚センサ / 深層学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
腹腔鏡下手術では，術者の触覚が大きく制限される．特に触覚は，早期胃がん等の視覚で検出できない組織の術中検出に大きく貢献する．そこで，術者の触覚を補うことで早期がんの術中検出が可能になれば，過不足のない胃切除範囲の決定が行える．
本年度は，前年度に開発した，指腹部に圧力を提示するリング型空気圧触覚ディスプレイの評価を行った．腹腔鏡下手術における早期胃がんの位置同定を模擬した心理物理実験を行い，被験者に触覚センサでがんを有する模擬胃壁をなぞらせ，触覚ディスプレイから提示されるセンサ出力のフィードバックに基づき，胃がんの位置を答えさせた．触覚ディスプレイによるフィードバックの有無について，胃がんの位置同定精度，回答の確信度，および検出時間を比較した．その結果，リング型触覚ディスプレイによるセンサ出力の提示によって，位置同定精度および確信度が有意に向上することが示された．検出時間については，触覚フィードバックの影響は見られなかった．
加えて，前年度に実施した心理物理実験の結果からセンサ出力の時系列情報の重要性に着目し，術者のセンサ操作とフィードバック情報に基づく判断と同時に，センサ出力を解析し術者と独立した検出を行うアルゴリズムを提案した．本手法は，センサ操作の安全性は術者によって担保され，かつ，アルゴリズムによる独立した検出結果の提示により，術者の腫瘍検出を支援することができる．深層学習を用い，センサ出力を入力，腫瘍の有無を示すラベルを出力としたモデルを構築し，前年度に取得したデータを用い学習を行った．検出におけるモデルの正解率を被験者と比較したところ，有意差が無く，アルゴリズムによる検出支援の実現可能性が示唆された．
さらに本年度は，連携している臨床医の協力のもと，実際の胃がん患者に対する検出実験も開始し，実用に向けたシステムの評価と改良にも取り組んだ．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，前年度に引き続き心理物理実験を行い，開発したリング型触覚ディスプレイを通じたセンサ出力の提示によって，腫瘍の位置同定における精度と回答の確信度が有意に向上することが示された．また，提示圧力に対する弁別閾も調査したことで，触覚ディスプレイが提示する圧力の脈動が知覚感度低下をもたらしている可能性にも気づき，次年度での課題も得られた．さらに，術者が操作するセンサからの出力を解析し，独立した検出結果を提示することによって，判断の支援を行うアルゴリズムも開発した．これにより，術者とコンピュータの協調における新たな視点の提案も行えたと考えている．また，本年度から臨床試験も開始しており，要素技術の開発にとどまらず，実用を見据えた評価および改良も行っている．したがって，本年度もおおむね順調に進展していると評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本年度に提案した触診支援アルゴリズムに関して，術者とアルゴリズムとのインタラクション手法を開発し，その有効性を評価する．加えて，臨床試験を通じて得られた課題に基づき，触覚センサ，触覚ディスプレイおよび信号処理等の要素技術の改良も行い，実用化に向けて研究を進めていく．
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