ハンドアイシステムにおける視覚サーボの観点からみた内視鏡カメラの位置決め制御方式

手眼系统视觉伺服角度内窥镜相机定位控制方法

• 批准号: 17760352
• 负责人: 西川 敦
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760352/
• 关键词: 内視鏡手術; ソロサージェリー; 手術支援ロボット; ヒューマンインタフェース; 視覚サーボ; 光学式センサ; 手術器具追跡; 術前計画; 斜視鏡

【目的】本研究の目的は、「内視鏡手術における内視鏡カメラ操作のロボットによる完全自動化(自律型内視鏡位置決めロボットの開発)」である。この目的を実現するため、本研究では、術者と内視鏡位置決めロボットを一体化した1つのハンドアイシステムととらえ、視覚サーボの観点から内視鏡位置決め問題を考えた。【概要】第1年次は、「小型軽量内視鏡マニピュレータ(自律型内視鏡位置決めロボットシステムのハードウェア部分)」の開発を行った。本年度(第2年次)は、前年度の成果をベースに、本研究の根幹である「作業領域の術前プランニング導入による術中の内視鏡自動位置決めシステム(同ソフトウェア部分)」の開発を重点的に行い、豚の臓器を用いた多数の模擬手術実験により、提案システムの有効性を総合的に評価した。【方法】術中の内視鏡の位置と画像の拡大率は、術者が手術直前に作業の対象となる場所を手術器具先端でポインティングし、同時に、その場所で作業を行うのに最適な画像の拡大率(作業場所から内視鏡先端までの距離)を決定してPCに記憶させる術前プランニングを行うことで決定される。手術開始後は、手術器具先端が内視鏡画像の中心になるようにロボットが手術器具の3次元追跡を行う。手術器具先端が術前プランニングで決定した作業領域に位置した場合、システムは、術前プランニング結果に基づいて内視鏡画像の倍率を自動で調節する。【結果】3名の内視鏡外科医を被験者として、計7回の模擬手術(豚の臓器を用いた腹腔鏡下胆嚢摘出術)を本システムによる内視鏡操作の元で実施した結果、すべての手術を術者1人(ソロサージェリー)で完遂することが出来た。熟練した人間のカメラ助手が内視鏡を操作する場合と提案システムを使用する場合における手術時間を同じ条件下で比較した結果、有意な差はみられず、本研究の目的(内視鏡カメラ操作のロボットによる完全自動化)が達成できた。

[Objective] The purpose of this study is to fully automate endoscopic positioning during endoscopic surgery. The objective of this study is to investigate the problem of endoscopic position determination by the operator and the integration of endoscopic position determination by the operator. [Summary] In the first year, the development of "Small Scale Endoscope"(Autonomous Endoscope Position Determination) was launched. This year (2nd year), compared with the results of previous years, this study focuses on the development of "preoperative positioning of the operating field, intraoperative endoscopic automatic position determination (the same as the software part)," the application of the device, most of the simulation of surgical operation, and the evaluation of the effective integration of the proposed system. [Methods] The increase rate of intraoperative endoscope position and image is determined by the operator's pre-operative memory and the location of the surgical instrument tip. The increase rate of optimal image (the distance from the endoscope tip to the location of the operation) is determined by the operator's pre-operative memory and the location of the surgical instrument tip. After the operation, the surgical instrument tip is located in the center of the endoscope image. The magnification of the endoscope image is automatically adjusted based on the position of the operating field determined by the surgical instrument tip before operation. [Results] Three endoscopic surgeons were selected and 7 simulated operations (laparoscopic biliary tract extraction) were performed. The results of the endoscopic operation were achieved and 1 endoscopic surgeon was completed. The results and significant differences between the results obtained by the skilled human medical assistant when operating the endoscope and when using the endoscope system under the same operating time conditions show that the purpose of this study (complete automation of endoscope medical operation through remote control) has been achieved.

项目成果

手術器具の3次元追跡と作業領域の術前プランニング導入による術中の腹腔鏡自動位置決め

通过引入手术器械的 3D 跟踪和术前工作区域规划，在手术过程中自动定位腹腔镜

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会ロポティクス・メカトロニクス講演会2006講演論文集
• 作者: 穂高一条;軸屋一郎;谷口和弘 他;Atsushi Nishikawa et al.;谷口和弘 他;伊藤嘉奈子 他
• 通讯作者: 伊藤嘉奈子 他

FAce MOUSe easy click : easy-to-use interface design for controlling the position of a laparoscope

FAce MOUSe 轻松点击：易于使用的界面设计，用于控制腹腔镜的位置

• 发表时间: 2006
• 期刊: CARS2006, Computer Assisted Radiology and Surgery (印刷中)
• 作者: 穂高一条;軸屋一郎;谷口和弘 他;Atsushi Nishikawa et al.;谷口和弘 他;伊藤嘉奈子 他;Lee Ji Yuk 他;東 修士 他;Kazuhiro Taniguchi et al.;Kazuhiro Taniguchi et al.;Kazuhiro Taniguchi et al.
• 通讯作者: Kazuhiro Taniguchi et al.

テジ夕ルズームの選択的利用に基づく腹腔鏡マニピュレータシステム

基于选择性数字变焦的腹腔镜机械臂系统

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会ロポティクス・メカトロニクス講演会2006講演論文集
• 作者: 穂高一条;軸屋一郎;谷口和弘 他;Atsushi Nishikawa et al.;谷口和弘 他;伊藤嘉奈子 他;Lee Ji Yuk 他
• 通讯作者: Lee Ji Yuk 他

斜視鏡の特性を利用した小型腹腔鏡把持マニピュレータの開発

利用斜视镜的特点开发紧凑型腹腔镜抓取机械手

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第14回日本コンピュータ外科学会大会論文集
• 作者: 穂高一条;軸屋一郎;谷口和弘 他;Atsushi Nishikawa et al.;谷口和弘 他;伊藤嘉奈子 他;Lee Ji Yuk 他;東 修士 他;Kazuhiro Taniguchi et al.;Kazuhiro Taniguchi et al.;Kazuhiro Taniguchi et al.;中山孝浩 他;養田隆宏 他;谷口和弘 他
• 通讯作者: 谷口和弘 他

Automatic Positioning of a Laparoscope by Preoperative Workspace Planning and Intraoperative 3D Instrument Tracking

通过术前工作空间规划和术中 3D 仪器跟踪自动定位腹腔镜

• 发表时间: 2006
• 期刊: MICCAI 2006 Workshop Proceedings, Workshop on Medical Robotics : Systems and Technology towards Open Architecture, 5 October 2006, Copenhagen, Denmark
• 作者: 穂高一条;軸屋一郎;谷口和弘 他;Atsushi Nishikawa et al.
• 通讯作者: Atsushi Nishikawa et al.