内視鏡下手術支援ローカル操作助手マニピュレータ

本研究では，執刀医の補助ツールとして小型で分散できるローカル操作マニピュレータの実現を目指して，患者と共存し医師と協働するマニピュレータの機構や制御に関する基盤技術を確立すべく，内視鏡下手術支援ローカル操作助手マニピュレータの構築と評価を目的としている．本年度は，初年度の成果を生かした，新たな機構や操作系について以下の成果を得た．（１）多段ギアトレインをラックギアに沿わせてボールねじで直動させ，出力ギアの回転角度と遠隔中心RCMであるピボット回転角度が一致する機構，およびベルト・プーリの鉗子直動機構を連動させピボットからの一定距離を保つ円運動の制御を備える3自由度の鉗子マニピュレータを開発した．位置決め精度，機構たわみなどの機構特性を計測して，医師が本マニピュレータを手動およびスイッチ操作して臓器モデルをハンドリングしながらスムーズに剥離切開できることを確認した．（２）親指操作する平面配置した二対のボタンスイッチと，人差し指で操作するロッカスイッチを備えるガングリップ形状の操作インタフェースを考案した．また，DCサーボモータとスイッチ操作インタフェースを接続して制御システムを自動で立ち上げる，ラズベリーパイ組み込み系を構築した．タスク操作における所要時間を計測し，医師評価による提案システムの利点と要望を確認した．（３）執刀医が操る腹壁上の鉗子のシャフト部分をMask R-CNNを用いて画像認識し，RGB画像とDepth画像から検出した鉗子シャフト領域を矩形で近似して両端点の三次元位置座標を取得するシステムを構築した．手術映像6例と模擬環境映像から作成した1000枚以上の学習データについて評価指標APが0.86であること，認識時間は300msであること，矩形近似と端点座標取得に13ms要することを確認した．深層学習と近似手法に関する知見を得て課題を明らかにした．

本研究では，執刀医の補助ツールとして小型で分散できるローカル操作マニピュレータの実現を目指して，患者と共存し医師と協働するマニピュレータの機構や制御に関する基盤技術を確立すべく，内視鏡下手術支援ローカル操作助手マニピュレータの構築と評価を目的としている．本年度は，初年度の成果を生かした，新たな機構や操作系について以下の成果を得た．（１）多段ギアトレインをラックギアに沿わせてボールねじで直動させ，出力ギアの回転角度と遠隔中心RCMであるピボット回転角度が一致する機構，およびベルト・プーリの鉗子直動機構を連動させピボットからの一定距離を保つ円運動の制御を備える3自由度の鉗子マニピュレータを開発した．位置決め精度，機構たわみなどの機構特性を計測して，医師が本マニピュレータを手動およびスイッチ操作して臓器モデルをハンドリングしながらスムーズに剥離切開できることを確認した．（２）親指操作する平面配置した二対のボタンスイッチと，人差し指で操作するロッカスイッチを備えるガングリップ形状の操作インタフェースを考案した．また，DCサーボモータとスイッチ操作インタフェースを接続して制御システムを自動で立ち上げる，ラズベリーパイ組み込み系を構築した．タスク操作における所要時間を計測し，医師評価による提案システムの利点と要望を確認した．（３）執刀医が操る腹壁上の鉗子のシャフト部分をMask R-CNNを用いて画像認識し，RGB画像とDepth画像から検出した鉗子シャフト領域を矩形で近似して両端点の三次元位置座標を取得するシステムを構築した．手術映像6例と模擬環境映像から作成した1000枚以上の学習データについて評価指標APが0.86であること，認識時間は300msであること，矩形近似と端点座標取得に13ms要することを確認した．深層学習と近似手法に関する知見を得て課題を明らかにした．