2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of trocar-type operation guidance device for avoiding dangerous operating of forceps
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21K12735
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Technology |
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Principal Investigator |
金 大永 神奈川工科大学, 健康医療科学部, 教授 (60461860)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 英津子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20345268)
李 鍾昊 公立小松大学, 保健医療学部, 教授 (40425682)
福島 亮治 帝京大学, 医学部, 教授 (50228897)
月原 弘之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (50431862)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 外科支援デバイス / 鉗子操作誘導 / 臓器損傷防止 / 干渉装置 / ネガティブフィードバック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、腔鏡下手術において、鉗子から臓器の物性値と操作力、内視鏡画像とナビゲーションシステムから鉗子位置を得、血管ナビゲーションのデータと統合することで、鉗子が動く際に「鉗子の危険な操作が回避可能な臓器損傷防止を目的としたトロッカ型操作誘導装置の開発」を目的とする。具体的には、①鉗子操作誘導用トロッカ型干渉・誘導装置の開発、②鉗子と血管ナビゲーションの統合、③熟練度の定性的・定量的評価を行う。
①前年度に開発した鉗子操作誘導用トロッカ型デバイスは、小型・軽量ではあるものの、トロッカを中心とする鉗子の動きを制限するには力が不十分であった。2022年は、全体構造は継続し、モータ・ワイヤ駆動による機構に変更した。結果、精度0.2mmで最大80.2Nの力が出せた。また、鉗子軸回転計測デバイスを、小型磁石とホール素子を用いた3相の計測デバイスを開発した。評価実験の結果、0.75°の高い精度を確認し、国際学会に発表する。
②3次元位置計測システムを用いたレジストレーション手法を持ち、血管ファントムを用いた術前血管画像の重畳表示精度評価を行ったところ、1mm以下の精度で表示可能であった。その結果を学会にて発表した。
③2022年度には、内視鏡を用いたトロッカ型操作誘導装置の開発に向けて利き手と非利き手によるシステム操作の違いを脳の運動制御観点から定量的に評価する基礎実験系を確立し、若者の被験者に対する検証実験を行い、血管や臓器の傷つけない鉗子先端の経路を、等速度で誘導する指標追跡課題を行う実験系においてターゲットの可視状態ではSpeedが速くなると非利き手より利き手の方が精度は良くなることが分かった。また、ターゲットの速度の増加に応じてフィードバック制御から予測制御への切換が非利き手の方が利き手より早いことが分かった。そして、若者の被験者に対する検証実験の結果を国際学会で発表する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2022年度の9月、代表者の研究機関の移動があったため、研究室の引っ越しや研究室に整理などでかなりの時間を使ってしまった。より、担当していたトロッカ型鉗子誘導装置の製作にやや遅れが出ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、各研究者が開発したシステムの統合が全体の成功を左右する重要な鍵である。よって、2023年度は計画していたことを同じシステムで駆動し、モジュール化を心掛けて進行する必要がある。現在、windowsやラズベリーパイ、アルディーノなどが混在しているが、ラズベリーパイメインのアルディーノの操作に運用システムを統一していく。
評価システムにおいては、同じシステムを神奈川工科大学と小松大学に設置し、開発と性能評価を同時に行う。
表示システムとの統合では、神奈川工科大学で開発した計測デバイスを東京大学のナビゲーションシステムに統合し、全体の精度評価などを行い、最終的にはin vivo実験にてその実用性を確かめる。
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| Causes of Carryover |
次年度の使用額の発生理由は、主に次の３つである。
① 購入予定の部品などが調達不可能になったことが多く、その代用品を2023年度に購入する予定である。② 研究機関の移動や海外学会参加を2023年度に変更する。③ in vivo評価実験に必要な人件費、施設使用料の発生がが2023年度になる。
また、今までの成果を論文にまとめる予定である為、英文矯正や論文掲載料も必要である。
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Research Products
(2 results)
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[Presentation] Xujia Chao, Naoki Tomii, Kosuke Ishikawa, Kazuaki Hara, Hiroyuki Tsukihara, Ichiro Sakuma, Etsuko Kobayashi 3D Pose Estimation of Laparoscopic Forceps with Monocular Images Based on Deep Learning and Image Translation (深層学習と画像変換による腹腔鏡下手術用鉗子の位置姿勢推定)2022
Author(s)
Xujia Chao, Naoki Tomii, Kosuke Ishikawa, Kazuaki Hara, Hiroyuki Tsukihara, Ichiro Sakuma, Etsuko Kobayashi
Organizer
第31回日本コンピュータ外科学会
