軟組織の剥離特性を制御に入れた安全な手術支援ロボットの研究

控制软组织消融特性的安全手术支持机器人研究

• 批准号: 19760178
• 负责人: 柳原 勝
• 金额: $ 2.17万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19760178/
• 关键词: 手術支援ロボット; 軟部組織剥離; 手術支援マニピュレータ; 剥離手技; 生体医工学; ロボット工学; 位置と力の制御; 整形外科支援

近年医療現場では内視鏡と細長い術具(鉗子)を用いた内視鏡下手術(低侵襲手術)が注目されている。整形外科領域では、超高齢社会で手術のニーズが高く、下肢の機能を支えるのに重要な股関節や膝関節で行われ始めている。しかし、股関節や膝関節は骨の回りに軟部組織(筋肉、靭帯、血管、神経)が混み合い、切開や剥離といった患部へのアプローチのための処置が特に難しい。これより、低侵襲手術の対象は一部に限られ、より広い範囲へ対象部位を拡大することが求められる。本研究では皮膚から患部まで、軟部組織と骨の間に道を作り、さらに骨のまわりに作業空間を作る「軟部組織剥離マニピュレータ」の機構と制御方法の開発を研究課題とした。将来的には、その空間に骨切りデバイスを持って入り込み骨を切る「骨切りロボット」と統合し、低侵襲手術支援システムの構築を構想している。研究方法としては、まず軟部組織が剥離される際の術具と軟部組織と骨の関係について、術具まわりに働く静的な力学的関係に着目してモデル化し、働く力を要素実験で求めた。軟部組織が剥離される際、常に骨と術具先端が接触している必要があることが医学的手技として知られている。軟部組織と骨が比較的柔らかく張り付いている骨膜について、骨に対して垂直方向の力が3N以上で接触を維持し、剥離できることが分かった。次に、研究代表者が以前試作した多関節マニピュレータを改良し、ベルト駆動方式でテンションセンサとエンコーダを用いて、骨と接触する力と位置を制御可能とした。さらに要素実験で求めた力を目標値として組み込んだ、コンプライアンス制御により,直視可能な状態のIn vivo実験で連続的に軟部組織を剥離する動作の有効性を示した。これにより、整形外科領域において軟部組織を剥離するマニピュレーション技術の基盤を構築し、低侵襲手術の適用範囲拡大の可能性を示唆できたと考えられる。

In recent years, in the medical field, で で endoscopy と, slender surgical tools (forceps)を, and <s:1> endoscopic surgery under た (low-invasive surgery)が have drawn attention to されて る る る. Plastic surgery field で は, ultra-high 齢 social で surgery の ニ ー ズ が high く, lower limb の function を え る の に important な shares masato section line section や knee masato で わ れ beginning め て い る. し か し, shares masato や knee masato は bone の back り に soft department organization (brawn, 靭 帯 経), blood vessels, god が mixed み い, cut や stripping と い っ た へ affected part の ア プ ロ ー チ の た め の 処 buy が に especially difficult し い. こ れ よ り, minimally invasive surgery の like は a seaborne に limit ら れ, よ り hiroo い van 囲 へ like parts of seaborne を company, big す る こ と が o め ら れ る. This study で は skin か ら ま affected part で bone, soft tissue と に between の way を り, さ ら に bone の ま わ り に work space を る "department soft tissue dissection マ ニ ピ ュ レ ー タ" の institutions と suppression method の open 発 を research topic と し た. Future に は, そ の space に cut bone り デ バ イ ス を hold っ て in り 込 み cut bone を る "bone り ロ ボ ッ ト" と integration し, minimally invasive surgery support シ ス テ ム の build を idea し て い る. Research methods と し て は, ま ず soft department organization が stripping さ れ る international group with と soft department の と bone の masato is に つ い て, intraoperative ま わ り に 働 く な of static mechanics of masato is に with mesh し て モ デ ル し, 働 く force を elements be 験 で o め た. Soft department organization が stripping さ れ る interstate, often に bone と contact with apex が し て い る necessary が あ る こ と が medical manipulation と し て know ら れ て い る. Soft soft tissue と bone が compare ら か く zhang り pay い て い る periosteum に つ い て, bone に し seaborne て vertical が の force more than 3 n で contact を maintain し, stripping で き る こ と が points か っ た. Before representatives に, research が attempt し た masato section more マ ニ ピ ュ レ ー タ を improved し, ベ ル ト 駆 move way で テ ン シ ョ ン セ ン サ と エ ン コ ー ダ を with い て, bone と contact す る force と position を suppression may と し た. さ ら に elements be 験 で o め を た force on target numerical と し て group み 込 ん だ, コ ン プ ラ イ ア ン ス suppression に よ り, look may の な state In vivo be 験 で even 続 に soft department organization を stripping す る movements の have sharper を shown し た. こ れ に よ り, plastic surgery field に お い て soft department organization を stripping す る マ ニ ピ ュ レ ー シ ョ ン の base plate を build し technology, minimally invasive surgery の applicable van 囲 company, large を の possibility of stopping で き た と exam え ら れ る.

项目成果

低侵襲股関節手術を支援する軟部組織剥離マニピュレータの研究(システム全体の構成と可動域評価)

支持微创髋关节手术的软组织解剖机械臂研究（系统整体配置及运动范围评估）

• 发表时间: 2008
• 期刊: 日本機械学会論文集 C編 74
• 作者: 柳原 勝;岡本 淳;石井 猛;桃井 康行;三井 教寛;矢野 英雄;藤江 正克
• 通讯作者: 藤江 正克