Proposal of a multi-sensor trocar that realizes forceps operation and tissue shape measurement in endoscopic surgery

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トロッカー筐体に小型カメラと距離センサと9自由度慣性センサ（3軸加速度＋3軸角速度＋3軸ジャイロ）を組み込んだ，マルチセンサトロッカーの試作機を開発した．従来より開発済みのカメラ付きトロッカーの筐体をベースに，3Dプリンタを用いて距離センサと慣性センサ，周辺回路を組み込み，各センサ情報を処理するソフトウェアを構築した．センサは型式と使用方法により精度にばらつきがあり，複数のセンサとそのライブラリの組み合わせを比較検討し，最も高い精度が得られる試作機を完成させた．またカメラ付きトロッカーを複数使用することを想定し，複数のドライバ回路がプロセッサと接続できるよう回路設計を行った．加えて電源の安定化についても検討した．この試作機を用いてカメラ映像から得た術具挿入長と，慣性センサから得た術具の角度変化から，術具先端座標を実時間で算出するアルゴリズムを構築した．まず，カメラ映像から術具先端位置を自動検出して術具挿入長を画像計測し，慣性センサの情報からトロッカーの姿勢変化を算出して術具の角度変化を得る．これら術具の挿入長と角度変化の情報から術具先端座標を算出する流れを実装した．慣性センサによる計測を安定化させるため，後処理として移動平均フィルタ，カルマンフィルタなど複数のフィルタを比較評価した．その結果，カルマンフィルタが有効であることが得られた．光学式位置センサで計測した鉗子先端位置を正解値とし，鉗子先端位置推定アルゴリズムの精度評価を行った．その結果，慣性センサを用いない従来手法に比べて本研究で提案する手法の精度が大幅に改善する結果が得られた．