Study on improving the level of autonomy of locally operated endoscopic surgical assistant robots

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人間の限定的な介入のもとで、知的人工物が①情報の収集と解釈・②行動方針の生成・③行動方針の選択・④行動方針の実行を行い、タスクを達成する能力を自律能と呼び、人間の介入レベルを低減化することを自律レベルの向上と呼ぶ。本年度は、経外耳道的内視鏡下耳科手術(TEES)における内視鏡操作タスクを題材に、３つの要素技術の研究を実施した。(1)手術器具セグメンテーション：内視鏡操作タスクにおける行動方針を生成するための基本情報として、深層学習を用いて内視鏡映像から実時間で手術器具セグメンテーションを行うシステムを構築した。TEES内視鏡画像4900枚を訓練データとして用い、篤志献体を用いた模擬手術における内視鏡映像で評価したところ、出力画像と正解画像とのDice係数0.8以上、処理速度平均20フレーム毎秒を達成した。(2)トロリー問題の代数モデル化：行動方針選択の基本問題として、線路上にいる5人を轢いてしまうことがわかっていて何もしないのか、それともレバーを操作して支線に入りその線路上にいる1人は轢いてしまうものの5人を救うか、というトロリー問題をブール多値論理で代数学的にモデル化することに成功し、TEESにおける術者の意思決定分布再現の土台となるオリジナルの人工知能プラットフォームが構築できた。(3)TEES用内視鏡ロボットの開発：鼓膜からの距離200mmのカメラヘッドをピボット支点としてジンバル2軸を構成する回転機構のPitch軸とYaw軸、耳科用内視鏡を装着するベルト・プーリ機構のInsertion軸を備えた3自由度の内視鏡マニピュレータを2種類開発した。本マニピュレータは、手元／足元スイッチまたは手元の操作デバイスで術者が行動方針を直接与えることにより同方針を実行できる。篤志献体を対象とした模擬手術を実施し、術者による安定したクリアな視野で鼓膜の切開が可能であることを確認した。