A02.臓器の変形に対応する軌道計画

肝臓がん・乳がん・肺がん等の悪性新生物に対する新たな治療法として、専用の針を穿刺し熱を加え焼灼することで局所的かつ低侵襲に治療を行うラジオ波焼灼療法が注目されている。本療法は、針を刺すだけで治療が行え、身体への負担が非常に小さい療法ではある。しかしながら、医師が自身の視覚や触覚を駆使し、がんの位置を判断した上で穿刺を行い、針先端でがんの焼灼を実施している。さらに、対象とする臓器は柔らかく、穿刺を行っていくと、臓器が変形し、ターゲットとなるがんの位置が変化する。そのため、がんの位置に正確に穿刺をすることが困難である。

以上の課題に対し、本研究では肝臓がん・乳がんなどの悪性新生物を対象とし、変形シミュレーションを用いて、臓器の変形を予測することで、ピンポイントにがんに穿刺することが可能な穿刺支援ロボットシステムの軌道計画の開発を行ってきた。

具体的には、生体組織のモデルの成果を医用ロボットシステムの軌道計画に活用する研究を実施し、出臓器実験や動物実験により妥当性・実用性を実証した。これらは、変形シミュレーションを利用した医用ロボットの軌道生成手法としては、世界的に先駆けて実施された研究である。

具体的には、開発した医用ロボットのシステム内に、これらのシミュレーションを用いた変形予測を有する軌道生成手法を適用することにより、肝がんを対象とする針刺し手技において、目標位置に対して高精度な針先端の位置決め（誤差：1mm程度）を実現した。

それまでの医療ロボットの研究開発においては、ゴム材料等を模擬対象として評価を実施する例が多かった。申請者の研究では、基礎物性値の取得、そのモデル化、軌道生成・制御手法の実証実験という一連の研究において、一貫して「摘出臓器、in vivoの臓器」から取得したデータを用いてモデル化・評価していることに特色がある。

<主要論文＞

Yo Kobayashi*, Akinori Onishi, Hiroki Watanabe, Takeharu Hoshi, Kazuya Kawamura and Masakatsu G. Fujie, “Developing a Method to Plan Robotic Straight Needle Insertion using a Probability-based Assessment of Puncture Occurrence”, Advanced Robotics, Vol. 27(6),417-430, 2013, http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01691864.2013.756385#.Upl0lsSGrT8