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治療支援技術グループ／プロジェクト
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MRI対応メカトロニクス技術
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MRI (Magnetic Resonance Imaging = 磁気共鳴画像) の中で駆動できる手術ロボットなどの手術支援機器の開発には非常な困難を伴いました．
治療支援技術グループでは，1999年に世界に先駆けてMRIと同時に使用できるロボット機構*を学会発表し，現在では内視鏡*が登場しています．
MRIは診断画像として普及しました．軟組織や病変組織の描出に優れ，温度計測や脳機能測定も可能です．
X線は使用せず，痛みや後遺症はありません．
MRI画像を観察しながら行う手術（MRI誘導下手術/intraoperative MRI）には，手術中に病変がみえる，
MRIの多機能性を活かせるなどのメリットがありますが，大きな課題がありました．
- MRIは強力な電波，磁場を放射するため，ロボットを動かすことはおろか，設置することさえできない
- 低侵襲手術の要である内視鏡が使えない
MRIの計測原理に起因する，MRI装置とその他の機器の相性をMRI対応性(MR compatibility)といいます．
１）磁場対策，２）電磁気ノイズ対策が技術課題となります．治療支援技術グループでは上記の問題点を1つ1つ解決して，
MRI対応の機器を設計・評価する技術＝MRI対応メカトロニクスを確立しました．ロボットや内視鏡の開発に成功しています．
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| 世界初の完全MR対応ロボット機構（1999年） |
６軸パラレルリンクMR対応ロボット機構（2003年） |
MR対応微細マニピュレータ（2008年） |
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磁場不均一性の数値シミュレーション（2006年）
チタンパイプの周りの不均一性 |
MR対応内視鏡（2002-2007年） |
MR対応内視鏡把持マニピュレータ（2004年） |
重要文献
- Koseki, Tanikawa, Chinzei, "MRI-compatible Micromanipulator, Design and Implementation and MRI-compatibility Tests", Proc. of EMBC 2007, pp. 465-468, 2007
- K Chinzei, K Yoshinaka, T Washio, "Numerical Simulations and Lab Tests for Design of MR-Compatible Robots",
proc IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2006, pp.3819 - 3824, 2006
- Y Koseki, R Kikinis, F A. Jolesz, K Chinzei,
"Precise Evaluation of Positioning Repeatability of MR-Compatible Manipulator Inside MRI", proc MICCAI04, LNCS 3217, 192-99, 2004.
- Koseki, Washio, Chinzei, Iseki, "Endoscope Manipulator for Trans-nasal Neurosurgery, Optimized for and Compatible to Vertical Field Open MRI",
proc MICCAI 2002, LNCS 2488, pp. 114-121, 2002
- K. Chinzei, R. Kikinis, F.Jolesz,
"MR Compatibility of Mechatronic Devices: Design Criteria," in Proc. MICCAI '99 LNCS 1679, pp. 1020-1031, 1999
その他テキスト的文献・関連リンク
- R. Gassert, E. Burdet, K. Chinzei,
"MRI-Compatible Robotics", IEEE Eng Med Biol, Vol. 27, No. 3, pp. 12-14, 2008
その他の記事がIEEE Engineering in Medicine and Biology
Special Issue "MRI Robotics"
(May/June 2008)に特集されています
- K. Chinzei MR-Compatible Robotics; Technology and Validation, proc 4th Asian Conference on Computer Aided Surgery (ACCAS),
p. 61, Beijing, April 2008. (Presentation material)
- 鎮西清行, "MRI対応ロボットのEMC対策", 電磁場環境工学情報EMC, Vol.16, No. 10, pp. 40-4, 2004
- 鎮西清行, "MR対応手術支援ロボット", 機械設計, Vol.45, No.17, pp. 124-9, 2001.
- MRI対応ロボティクスのページ
- MR Compatible Robot Technology (EPFL)
注
* ロボット機構，内視鏡ともに試作品であり，薬事法の認可を受けた製品ではありません
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インテリジェント手術機器プロジェクト
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NEDO／経済産業省の「インテリジェント手術機器プロジェクト」は，脳神経外科，胸部外科及び消化器外科の領域のための，
ナビゲーションとセンシング機能を融合した，医療従事者が扱いやすい診断・治療一体型の内視鏡手術支援機器（＝インテリジェント手術機器）
の開発を行います．
我が国が誇る高度な内視鏡機器技術，精密機械工学，情報工学(IT)等の技術を総合的に結集して革新的・戦略的な治療用機器の創出を目指しています．
横断的技術要素としては
- リアルタイムセンシング； 局所・リアルタイム計測による術中の病巣部検出など
- 計測データの高速な情報処理； リアルタイム計測データと内視鏡画像等の情報統合処理
- 力覚呈示による微細なマニピュレーション
- センサ、マニピュレータ、内視鏡が一体化し、微細な操作を可能とする処置具一体型robotic内視鏡
- センサ情報等を術者に呈示する操作部，情報ディスプレイから構成される手術コクピット
- トレーニング機能； 機器を活用するための，実機と仮想環境，模型などを組合せたトレーニング
に，産総研を含む１４社・研究機関が取り組んでいます．
- サブプロ間の基盤技術共有によるリソース最適化
- オープンソースソフト… ソフト技術の普及戦略
- 使いやすさのデザイン… デザインプロセスの導入
- 体系的・科学的なトレーニングを並行開発
- 薬事承認など制度的側面を設計段階から考慮／医療機器ガイドラインとの連動
を開発の特色としています．
治療支援技術グループでは以下を開発します
- ロボットソフトウェア検証法 … IEC62304，医療機器ガイドライン「ナビゲーション医療分野」開発ガイドラインに準拠した
手術ロボット検証システム（名古屋工業大学，Brigham and Women's病院と共同）
- 医療機器ログシステム … 心電計，麻酔機，電気メスなど手術室内の医療機器の表示パネル，スイッチなどの状態を画像処理で
検出するシステム．既存の医療機器に改造することなくその動作状況をモニタ・記録することができる．（産総研他ユニット，東京女子医科大学と共同）
- 接触微細操作 … 患部に一定圧で接触して，患部のサブミリ単位の微小領域の性状（力学特性，光学特性，血流量，温度など）を
計測することのできる「触角」システム．ごく狭い領域の生理情報を直接計測できる．（慶應義塾大学との共同）
関連リンク
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針刺し技術の高度化
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注射などの針穿刺は基礎的な手技の一つであり，また体内に物理的に到達する最も侵襲の小さな手段です．
針穿刺を精度良く安全に行うことは低侵襲の極致を実現することにつながります．
治療支援技術グループでは，針刺し技術の高度化を目指して，針刺しプロセスの透視撮影を行う専用の直交X線透視ビデオ画像システムを用いて，
針刺しプロセスをわかりやすく計測する針刺しの手ごたえセンサ，
針刺し時の針と生体組織の間の力学相互作用の数学モデル化と数値計算などの研究を進めています．
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| 直交X線透視ビデオ画像システム |
針刺しの手ごたえセンサ |
針刺しの手ごたえセンサのしくみs |
針刺しの手ごたえセンサ*
注射，脊椎麻酔，肝臓の生検などの穿刺において医師にとって最も重要な情報源は，針を伝わる手ごたえとされています．
本研究では生検針，注射針その他のカテーテル針が，目的部位へ安全に到達する事を支援する技術を提供し，医師を補助することを目指しています．
針刺しに必要とされる手ごたえの知覚には経験を要します．
針が深く刺されば刺さるほど針の側面に働く摩擦力が増え，針先端で起こる手ごたえに相当する微妙な荷重変化がその中に埋もれてしまうためです．
また，実際の使用条件下では呼吸や拍動などの体動の影響を強く受けます．
このため，荷重計に針を装着し荷重を測定しただけでは手ごたえに相当する情報を安定して検出することは困難でした．
上述の問題を解決するため，針に加わる荷重を，針先端へ加わる荷重（切開力）と針側面に作用する荷重（摩擦力）に
分離して測定する方法を提案しました．そして，異なる組織の境界を貫通した瞬間を，両者の変化から安定して判定できることを明らかにしました．
組織生検（バイオプシ−），麻酔や輸液など薬液注入，内視鏡手術におけるトロカール穿刺や，治療支援ロボットと
組み合わせること等が考えられます．またそれら臨床利用でのデータの蓄積を用いた，臨床医学や医学教育への幅広い展開を検討しています．
重要文献
- 特願2002-229816 ｢穿針装置及び穿針装置の針の動作状態の検出方法｣ / JpPAT pending
- 鷲尾他, "針穿刺における生体組織境界を針が貫通する瞬間の検知方法" 電気学会リニアドライブ研究会資料，2003年5月，1-4
- Washio et.al., "Needle Force Sensor, Robust and Sensitive Detection of Needle Puncture", proc MICCAI04, LNCS 3217, 113-20, 2004
注
* 本センサは研究計測器であり，薬事法の認可を受けた製品ではありません
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Last update: May 1, 2009
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