マイクロサージェリー用ハプティックインタフェースの開発

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本研究では、次世代外科手術支援ロボット技術にとって必要不可欠な基盤技術となる、外科医と手術システムをより密接につなぐことの可能なヒューマンインタフェース技術を研究課題として、脳外科手術時に外科医が感じる手術器械の操作感覚と脳内部組織の触覚を提示可能なマイクロサージェリー用ハプティックインタフェースを開発することを目的とした。先行研究として行ってきた小型6自由度ハプティックインタフェースを適用した脳外科手術操作シミュレータの研究成果より、マイクロサージェリーを対象とした微小な運動および触覚(力覚)を提示可能であり、また、脳外科手術操作の中で基本的な手術操作と位置づけられる、押し込み(引っ張り)、つまみ、切断、剥離の四つの操作を実現可能な新たなハプティックデバイスの開発が必要であることが明らかとなった。これらの要求を考慮し、さらにこれまで用いてきた独自開発された小型6自由度ハプティックインタフェースにおいて実現不可能であった切断操作を実現するために、本研究ではマイクロ剪刀型ハプティックデバイスを開発した。開発した本デバイスでは、脳組織へ与える損害を考慮し最大提示力を1Nと設定、微小な切断感覚を提示するため低摩擦を実現可能なリンク機構を採用し、把持部には実際のマイクロ剪刀をそのまま流用、操作者である外科医へのより臨場感のある感覚提示を目指した。また、デバイス剛性を損なわずに微小な切断力を計測するためにH型力覚センサも独自に開発した。さらに、切断感覚提示を行う制御モデル構築のため、実際のマイクロ剪刀に対して開発したH型力覚センサを組み込み、から切り時のデバイスの運動と切断力の計測を実施し、制御則を含めたデバイスシステム全体を開発した。そして、本デバイスを用いた基本的な切断力提示実験、豚の脳組織の切断実験の結果より、その有効性を示した。