多重に湾曲駆動するダブルバルーン内視鏡の開発と大腸自動挿入に向けた基礎研究

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K12712
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 高松 利寛 東京理科大学, 研究推進機構生命医科学研究所, 助教 (10734949)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 内視鏡 / 自動挿入 / 電動 / 大腸

Outline of Annual Research Achievements

当該年度では，大腸を模擬したモデルと，動物の大腸に電動駆動で容易に挿入可能となる手法の創出を目標に，1)電動内視鏡挿入デバイスの開発，2)デバイスコントローラーの開発を行った。
1)電動内視鏡挿入デバイスの開発：腸管内を侵入する機構として，先端にバルーンを備えサーボモーターで湾曲する構造を持った内筒と，同様の構造でオーバーチューブ状となる外筒を開発した。この構造により，外筒湾曲部の先端方向を定めることによって，内筒を押し出したときに同軸から外れた方向に推進力が得られることを示した。また，バルーンによって腸管を固定しながら内筒をリニアアクチュエーターで往復運動させることで，腸管を過度に押し伸ばさずに挿入されていくことを確認した。これらの構造は3Dプリンターで成型され，内筒には直径2mm程度の空間を備えることで，直径1.5 mmの細径内視鏡が装着可能であることも確認した。
2)デバイスコントローラーの開発：前述の湾曲部はワイヤー駆動でサーボモーターに接続することにより，回転角で変位を制 御することができる。バルーンの部分は内部の加圧・減圧により駆動するため，コンプレッサーおよび真空ポンプを繋いだ電磁弁により制御することができる。そして，リニアアクチュエーターは，リニアのポテンショメータで位置制御を行うことができる。そこで，これらすべてをマイコンを介して電気的に制御することができる有線コントローラーを開発した。このコントローラーにより，内視鏡の操作の大部分を電動で行うことができることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当該年度では，予定していた電動内視鏡挿入デバイス及び，デバイスコントローラーの開発を行い，開発したデバイスで次年度の計画にある大腸モデルへの挿入検討が可能な状況にあるため，順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究計画に関して，デバイス開発を行い内視鏡挿入手技に関する検証ができるようになったため，3) 大腸モデルへの挿入検討，4) 安全性確保のためのフィードバックを予定している。
3) 大腸モデルへの挿入検討：内視鏡挿入の際に遭遇する代表的な大腸の形として，S状結腸の部位にαループや逆αル ープ，Nループを形成しているモデルなどがある。本研究では開発したデバイスをいずれの モデルでも挿入できる手法を模索する。
4) 安全性確保のためのフィードバック：大腸の腸壁は胃と比べて薄いため，過度に力が加わると穿孔の危険性がある。S状結腸や 上行結腸などの大腸の部位，または個人差によって内腔の直径が異なる。そのため，バルーンを安全かつ確実に腸壁に固定するためには，膨らむ直径はその都度制御しなければならない。そこで，大腸モデル内にデバイスを挿入して，バルーンの内圧を計測することでフィードバックの閾値を決定する。湾曲部に関しては，サーボモーターに負荷がかかったときに電流が増加することから，内壁に接触したときの電流値を調査し，過度に湾曲したときに検知できるシステムを構築する。空気圧シリンダの前進・後退の機構では，過度な押し込みがないようにするために，圧力の推移を計測し，力覚フィードバックする方法を構築する。