心嚢穿刺手技における針のたわみ抑制を狙った制御方策の確立

１．穿刺試験機の設計・製作針に加わる力の計測を行うため、門型の機構を用いた6自由度の穿刺試験機の設計・制作を実施した。X軸テーブルにはYaw、Pitch、Rollのモータを配置し、その先端には6軸力覚センサを設置することで針の根本に加わる力やモーメントを計測する設計とした。X・Y・Z軸の動作確認は完了し、磁気式位置計測装置と６軸力覚センサを用いて、単一方向の穿刺における、針の根元、針先の位置、針の根本に加わる各軸の力、モーメントの計測を可能とした。２．LSTMを用いた単一組織押下時における針たわみベクトル推定ゼラチンで製作した単一組織に対し、手動による定周期での押下中に、１軸方向に定速で穿刺を実施。その際の針先、針の根本の位置、および針の根本に加わる各軸の力とモーメントから、機械学習アルゴリズムの１種であるLSTMにより針先のたわみ量（針たわみベクトル）を推定可能か、およびその推定精度について検証を行った。穿刺は押下位置に対して高さを３種類、横方向を５種類、合計１５箇所に実施し、それらを学習データとして使用した。その他高さを変化させてランダムで３箇所穿刺しテストデータとした。評価には平均平方根二乗誤差（RMSE：Root Mean Squared Error）を用いた。LSTMのハイパーパラメータはKeras Tunerを用いて調整を行った。押下位置は固定とし、押下は手動で実施した。３箇所のテストデータによる推定の結果、RMSEは0.29±0.02となった。手動での押下であったが、ある程度の精度が得られている。一方で、X・Y軸方向の力はZ軸の力に対して微小であることや、押下によって針先の軌道が大きく変化した際や、押下位置から遠い位置の穿刺データでは推定精度に多少の変化が見られることから、今後はどのような条件によって推定精度が変わるのか明らかにする必要があることが示唆された。

１．穿刺試験機の設計・製作針に加わる力の計測を行うため、門型の機構を用いた6自由度の穿刺試験機の設計・制作を実施した。X軸テーブルにはYaw、Pitch、Rollのモータを配置し、その先端には6軸力覚センサを設置することで針の根本に加わる力やモーメントを計測する設計とした。X・Y・Z軸の動作確認は完了し、磁気式位置計測装置と６軸力覚センサを用いて、単一方向の穿刺における、針の根元、針先の位置、針の根本に加わる各軸の力、モーメントの計測を可能とした。２．LSTMを用いた単一組織押下時における針たわみベクトル推定ゼラチンで製作した単一組織に対し、手動による定周期での押下中に、１軸方向に定速で穿刺を実施。その際の針先、針の根本の位置、および針の根本に加わる各軸の力とモーメントから、機械学習アルゴリズムの１種であるLSTMにより針先のたわみ量（針たわみベクトル）を推定可能か、およびその推定精度について検証を行った。穿刺は押下位置に対して高さを３種類、横方向を５種類、合計１５箇所に実施し、それらを学習データとして使用した。その他高さを変化させてランダムで３箇所穿刺しテストデータとした。評価には平均平方根二乗誤差（RMSE：Root Mean Squared Error）を用いた。LSTMのハイパーパラメータはKeras Tunerを用いて調整を行った。押下位置は固定とし、押下は手動で実施した。３箇所のテストデータによる推定の結果、RMSEは0.29±0.02となった。手動での押下であったが、ある程度の精度が得られている。一方で、X・Y軸方向の力はZ軸の力に対して微小であることや、押下によって針先の軌道が大きく変化した際や、押下位置から遠い位置の穿刺データでは推定精度に多少の変化が見られることから、今後はどのような条件によって推定精度が変わるのか明らかにする必要があることが示唆された。