東大など、MEMS 6軸力センサのデータから肺ガンのサイズを算出する手法を開発

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東京大学大学院情報理工学系研究科の下山勲教授、東京電機大学機械工学科の土肥健純教授などによる研究グループは2017年1月23日、先端把持部にMEMS6軸力センサを実装した内視鏡手術用把持鉗子を用いて、柔軟材料中に埋め込まれた硬質物質のサイズと把持位置に対する位置関係を算出する手法を開発したと発表した。手術中に位置把握が困難な肺ガンの内視鏡下摘出手術への応用が期待されるという。

近年、低侵襲な手術手法として内視鏡下手術への期待が高まっているが、術者が患部を直接触ることができないため、手術前にCTスキャンを行い、画像情報で腫瘍のサイズと位置情報を得るのが一般的だ。しかし肺ガンの場合、術前に肺内の空気を抜いて萎んだ状態にするため、膨らんだ状態でのCT画像は、あまり参考にならないという。多軸力センサを利用する方法も研究されているが、センサのサイズが大きく、センサ特性の実証程度にとどまっているという。

今回の開発では、MEMS(微小電気機械システム)技術に取り組んできた下山教授の研究室のピエゾ抵抗型センサ技術を活用し、1.25mm角という小型のMEMSセンサチップをシリコーンゴムの内部に埋め込んだMEMS 6軸力センサを利用した。センサ表面に垂直な圧縮力、センサ表面と平行で互いに直交する2軸のせん断力、さらに互いに直交する3軸周りのモーメントを計測できる。シリコーンゴムのサイズは直径10mm、厚さ2mmと小さくて薄く、市販の内視鏡手術用把持鉗子の先端に問題なく実装できる。

同研究グループでは、このMEMS 6軸力センサを装着した把持鉗子を使い、肺臓と肺ガンを模擬した、厚さ15mmのゼラチンに埋め込んだ直径10mmのシリコーン球を把持する実験を実施。その結果、シリコーン球近傍を把持した時のモーメントの出力によって、シリコーン球の方向を推測できることが示唆された。また垂直力Fzのデータを用いてシリコーン球の直径を精度良く推測できることがわかったという。

この手法により算出した腫瘍サイズと術前のCTスキャンでの腫瘍サイズを比較することで、腫瘍の同定が可能になる。また正確な位置情報を術者に提供できれば、治療時間の短縮により患者・術者双方の負担を減らせるとしている。

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