中国科学院は「触覚」を備えたロボットを開発し、豚の肝臓に低侵襲手術を成功させた。

中国科学院が1月17日に発表したところによると、このほど中国科学院深圳先進技術研究所医療工学研究所低侵襲センターの王磊研究員らの研究チームが、ブラッググレーティングファイバーセンシング原理の低侵襲手術への応用、すなわち生体組織触診に関する研究で、生体組織の正確な力情報フィードバックと腫瘍情報の位置検出機能を実現したという。

医療技術の急速な発展により、低侵襲手術（MIS）が徐々に現実のものとなってきました。しかし、従来の外科手術で見られる問題のいくつかは、依然として MIS と関連しています。たとえば、低侵襲外科手術中、医療従事者は手術室で発生する放射線や整形外科的危険にさらされます。

ロボット支援低侵襲手術の導入は、従来の低侵襲手術のより良い代替手段として登場しましたが、ロボット支援手術では外科医の触覚が失われます。外科医はロボットを操作して低侵襲手術を行います。手術中、医師は人体の組織に直接触れたり、臓器を分析したりすることができないため、手術の信頼性は保証されません。従来の手術では、医師は触覚を使って臓器の異常を感知し、臓器に腫瘍やしこりがあるかどうかを判断します。

しかし、医療ロボットの普及により、利用可能な触覚情報はロボット支援低侵襲手術に効果的に統合されておらず、機械にはより高い精度と感度の触覚情報フィードバックが求められています。これを基に、深圳先端技術研究所の研究者らは、低侵襲手術における組織触診用の高感度ブラッググレーティングファイバー（FBG）センシングソリューションを提案した。これまでの静電容量センシングソリューションとは異なり、光ファイバーセンサーは、手術中の磁気共鳴（MR）システムや画像システムと互換性がある。

▼FBGセンサーの3D画像

この目的のために、低侵襲手術用の 1 次元遠位力センサーが設計されました。その中で、センサー構造に埋め込まれた二重格子要素は、使用中にセンサーにかかるひずみと温度の相互影響を切り離すために使用することができ、より正確な力検出を実現します。この研究では、研究者らは二重格子要素構造設計に基づいて、対応する柔軟な構造の理論モデルを導き出しました。 fmincon 関数を使用して物理モデルに基づいてフレキシブル部品を最適化し、構造の主要なパラメータを決定しました。フレキシブル部品の静的および動的特性を有限要素法で解析し、フレキシブル部品の実現可能性を理論的に検証します。

センサーの性能をさらに向上させるために、力と波長オフセットの関係を正確に予測できるフィードフォワード ニューラル ネットワークに基づいてデータが調整されました。この研究では、デュアル格子要素が温度分離ソリューションを効果的に実装できることを確認するために、温度補償実験も実施しました。実験結果によると、FBG センサーは 1N の範囲内の力の値を感知でき、平均相対誤差はフルスケールの 2% 未満です。温度補正後の誤差は 0.8 mN です。研究者らはさらに、豚の肝臓臓器の組織触診実験を実施し、提案されたセンサー設計の低侵襲手術における有効性と適用可能性を検証した。

この研究では、組織触診時の臓器質量情報の正確な力フィードバックと位置検出を実現し、新しい温度分離方式とセンサー較正方法を提案しました。これは、低侵襲手術における手術ロボットの触覚情報検出に効果的な技術的ルートを提供し、手術経路ナビゲーションと介入医療における機械制御における手術ロボットの応用を促進することが期待されます。