B02. 内視鏡手術支援ロボットおよびシステムの開発


 現在,患者の肉体的負担を軽減させる低侵襲手術への取り組みが盛んに行われている.特に近年,腹腔鏡下手術以上に低侵襲かつ美容面に優れた外科手術法として,1箇所のみの切開創から術部へアプローチを行う単孔式内視鏡下手術と呼ばれる手技が注目されている.単孔式手術は侵襲性が極めて低い手術法であるが,全ての術具が1箇所の切開創から挿入されているため,切開創にカメラおよび術具が集中する.そのため,術具同士の干渉や作業スペースが狭小になることが大きな問題となり,従来の腹腔鏡下手術よりも術具操作が困難とされている.そのため,現在,単孔式手術は一部の医療施設において熟練の術者のみが実施しているのが現状である.そこで本研究では,単孔式手術における手技の困難さを改善する手術支援ロボットシステムの開発を目的とする.

 単孔式手術等の次世代内視鏡手術を支援するロボットの研究も行われているが,その多くが既存の軟性内視鏡にロボットアームを付加することで微細な作業を実現するというコンセプトである.これらのシステムでは,視野の変更は軟性内視鏡をマニュアルで操作することで実現しており,術者が意図したとおりに視野を変えることが困難である.そのため,一つの視野で作業が達成できるよう,取り付けられたロボットアームは多自由度であること,大きな可動範囲を持つことが要求される.今後術具の小型化が進む中で,これらの構成はより困難になることが予想される.

 そこで本研究では,術部を局所的に捉えるための視点・視野の操作機能を有する内視鏡マニピュレータと多自由度の術具マニピュレータからなる単孔式手術を支援するロボットシステムの開発を目的とする.図1に開発した本ロボットシステムのプロトタイプの全体像を示す.本ロボットシステムは大きく分けて3つの要素から構成される.《1》視野・視点を操作するマニピュレータ,《2》軟性内視鏡(以後《1》と《2》と合わせて「内視鏡マニピュレータ」と呼ぶ」),《3》双腕の術具マニピュレータ,である.内視鏡マニピュレータはさらに汎用保持マニピュレータと軟性外套管マニピュレータに分かれ,合わせて6自由度を有し,体内で容易に視点・視野を確保できる構成になっている.術具マニピュレータは,術中で最も頻繁に行われる切除術に対応するため,5自由度を有する鉗子搭載用と3自由度を有する電気メス用の双椀とし,内視鏡マニピュレータの先端に搭載されている.この構造により,術具を常に内視鏡視野内に捉えることが可能となり,視野の操作によって術具が内視鏡視野外に位置することを防ぐことが可能である.

 本ロボットシステムを用いた単孔式手術においては,可動域が広い内視鏡マニピュレータと微細な動作が可能な術具マニピュレータの操作を協調させながら使い分けることで,より効率的な新しい術式の実現が期待される.

【参加研究機関: 早稲田大学,九州大学】


<第一試作機>

図:ロボット外観


  

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図:先端のロボットアームの拡大図


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<第二試作機>

図:ロボット外観


図:先端のロボットアームの拡大図



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<論文>
 Yo Kobayashi, Yu Tomono, Yuta Sekiguchi, Hiroki Watanabe, Kazutaka Toyoda, Kozo Konishi, Morimasa Tomikawa, Satoshi Ieiri, Kazuo Tanoue, Makoto Hashizume, Masaktsu G. Fujie,” A surgical robot with vision field control for single port endoscopic surgery”, International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, Vol. 6(4), pp. 454–464, December 2010

Yuta Sekiguchi, Yo Kobayashi, Yu Tomono, Hiroki Watanabe, Kazutaka Toyoda, Kozo Konishi, Morimasa Tomikawa, Satoshi Ieiri, Kazuo Tanoue, Makoto Hashizume, Masakatsu G. Fujie, “Development of a Tool Manipulator Driven by a Flexible Shaft for Single Port Endoscopic Surgery”, Journal of Robotic and Machatronics (JRM), accepted, 2011 

Yo Kobayashi, Yu Tomono, Yuta Sekiguchi, Hiroki Watanabe, Kazutaka Toyoda, Kozo Konishi, Morimasa Tomikawa, Satoshi Ieiri, Kazuo Tanoue, Makoto Hashizume, Masaktsu G. Fujie, ” Design of a Surgical Robot with Dynamic Vision Field Control for Single Port Endoscopic Surgery”, in Proceeding of the 32nd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’10), pp.979-983, 2010

Yuta Sekiguchi, Yo Kobayashi, Yu Tomono, Hiroki Watanabe, Kazutaka Toyoda, Kozo Konishi, Morimasa Tomikawa, Satoshi Ieiri, Kazuo Tanoue, Makoto Hashizume, Masaktsu G. Fujie, “Development of a Tool Manipulator Driven by a Flexible Shaft for Single Port Endoscopic Surgery”, in Proceedings of 2010 IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob’10), pp.120-125, 2010 

Yu Tomono, Yo Kobayashi, Yuta Sekiguchi, Hiroki Watanabe, Kazutaka Toyoda, Kozo Konishi, Morimasa Tomikawa,Satoshi Ieiri, Kazuo Tanoue, Makoto Hashizume, Masakatsu G. Fujie, “Development of Sheath Manipulator with Spring Backbone for Single Port Endoscopic Surgery”, The 6th Asian Conference on Compulter Aided Surgery, pp. 73-74, 2010 

Yuta Sekiguchi, Yo Kobayashi, Hiroki Watanabe, Yu Tomono, Takehiko Noguchi, Yu Takahashi, Kazutaka Toyoda, Munenori Uemura, Satoshi Ieiri, Takeshi Ohdaira, Morimasa Tomikawa, Makoto Hashizume, Masakatsu G. Fujie, “In Vivo Experiments of a Surgical Robot with Vision Field Control for Single Port Endoscopic Surgery”, in Proceeding of the 33rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC’11), pp.7045-7048, 2011

Takehiko Noguchi, Yo Kobayashi, Kazuya Kawamura, Hiroki Watanabe, Yu Tomono, Yuta Sekiguchi, Kazutake Toyoda, Makoto Hashizume, Masakatsu G. Fujie, "The Operability of Control Modes of a Master Manipulator for a Robotic System for Assisting Single Port Endoscopic Surgery", The 7th Asian Conference on Computer Aided Surgery, 2011



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