研究者詳細 - 亀川　哲志

共同研究・競争的資金等の研究 - 亀川　哲志

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超高齢社会における低侵襲治療の実現に向けた岡山発の革新的医療用ロボット：機能拡張のための技術開発 -サブグループ1：新たなロボット制御アーキテクチャの構築-

2023年06月 - 2024年02月

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

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環境との相互作用により複雑環境を走破するヘビ型ロボットの実現

研究課題/領域番号：23K03775 2023年04月 - 2026年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C)

亀川哲志

配分額：4680000円（直接経費：3600000円、間接経費：1080000円）

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岡山発の革新的医療用針穿刺ロボットの開発： IVRロボットの適用対象を拡張する機能開発 -サブグループ1：骨穿刺のためのロボット制御 -

2022年06月 - 2023年02月

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

松野隆幸, 亀川哲志, 諸岡健一, 平木隆夫

担当区分：研究分担者

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ロボットを用いた画像ガイド下骨穿刺の実現：自動穿刺アルゴリズムの構築

研究課題/領域番号：23K24289 2022年04月 - 2025年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B)

平木隆夫, 馬越紀行, 櫻井淳, 松宮潔, 松野隆幸, 松井裕輔, 亀川哲志, 松浦龍太郎

配分額：17030000円（直接経費：13100000円、間接経費：3930000円）

本研究の目的である「ロボットを用いた画像ガイド下骨穿刺における力センシングに基づく骨の自動穿刺アルゴリズム」を構築するために、おかやまメディカルイノベーションセンターにて生体ブタを用いた動物実験にて行った。既存の針穿刺ロボット（Zerobot）に骨穿刺用アームを取り付けて、さらにアーム先端に骨生検針を取り付けて、ブタの腸骨、脊椎、大腿骨に対してCTガイド下には穿刺試験を繰り返した。穿刺試験においては、規定の穿刺速度および針の軸周り回転速度で、また３種類の力制御アルゴリズムを用いて穿刺を行った。力制御アルゴリズムとは、ロボットアーム先端に取り付けた力センサの値が規定の値に達すると、ロボット制御機構が働き、針先にかかる力および穿刺速度を調整するものである。穿刺中のCT画像にて骨内へ針先を刺入できるかどうか、また事前に設定した標的に精確に穿刺できるかどうかを確認した。
同一骨であれば、力制御の値を大きく設定するほど、穿刺に要する時間は短くなった。また、同一の力制御アルゴリズムであれば、腸骨、脊椎、大腿骨の順で穿刺時間は短かった。この結果は主に骨の硬さを反映しているものと考えられ、硬い骨ほど力制御が早く作動し、穿刺に時間を要するものと思われた。さらに大腿骨は非常に硬く、力制御を低い値に設定すると穿刺を完遂することはできないことがあり、高い値に設定する必要があることが分かった。ただ、力制御の値があまりに高いと、穿刺はできるものの、針先が標的からずれる現象が生じ、精確な穿刺は困難であった。腸骨や脊椎においては、力制御の値により穿刺に要する時間に差はあったが、いずれのアルゴリズムにおいても精確な穿刺が可能であった。

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ロボットを用いた画像ガイド下骨穿刺の実現：自動穿刺アルゴリズムの構築

研究課題/領域番号：22H03028 2022年04月 - 2025年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(B)

平木隆夫, 馬越紀行, 櫻井淳, 松宮潔, 松野隆幸, 松井裕輔, 亀川哲志, 松浦龍太郎

配分額：17030000円（直接経費：13100000円、間接経費：3930000円）

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階段昇降可能な自走搬送車の開発

2022年01月 - 2024年03月

タグチ工業共同研究

担当区分：研究代表者

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岡山発の革新的医療用針穿刺ロボットの開発：次世代ロボットのための基盤技術の開発

2021年06月 - 2022年02月

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

亀川哲志, 諸岡健一, 松野隆幸, 平木隆夫

担当区分：研究代表者

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岡山発の革新的医療用針穿刺ロボットの開発：手技計画の簡便化と安全機能の強化

2020年06月 - 2021年02月

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

松野隆幸, 亀川哲志, 平木隆夫

担当区分：研究分担者

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複雑環境における３次元ヘビ型ロボットの適応的振る舞い生成

研究課題/領域番号：20K04380 2020年04月 - 2023年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C)

亀川哲志

配分額：4290000円（直接経費：3300000円、間接経費：990000円）

ヘビ型ロボットは細長い構造であるので狭隘地や複雑な構造物に進入して探索をするロボットとしての応用が期待されている．これまでにも多種多様なヘビ型ロボットが研究開発されているが複雑な環境で適応的に移動できるヘビ型ロボットは実現されておらず，これが実用化にむけた大きな障害であると考えられる．本研究にこの障害をクリアできれば，災害発生時には倒壊した建築物内部を移動して要救助者の探索をしたり建築物の損害状況を調査したりするヘビ型ロボットの実現，ならびに，平常時には工場などで配管内の点検を行うロボット技術に応用されることが期待できる．
本研究の目的は，ヘビ型ロボットを移動させるためのモーションを事前計画することなく，ロボットと環境との力学的相互作用の中で適切に移動するためのモーションを創発的に生成することである．一般の移動ロボットの運動生成においては，障害物を避ける運動が計画されることが多いが，本研究においては障害物との接触により生ずる反力を積極的に利用して推進するヘビ型ロボットの実現を目指している．これは，ヘビ型ロボットの適用が期待されるのは狭隘な環境であり，環境との接触による相互作用は不可避であるからである．環境との接触を積極的に利用して推進するヘビ型ロボットが実現されれば，本来期待されている用途でのヘビ型ロボットの実用化が加速すると考えている．そのため，本研究では３次元運動が可能なヘビ型ロボットのすべてのリンクに全周の圧力を測定するためのセンサを搭載し，このセンサ情報を利用した局所的アドミッタンス制御により適応的に複雑な環境を走破するヘビ型ロボットの実現を目指している．これまでに，アドミッタンス制御を応用した形状ベースのコンプライアンス制御をヘビ型ロボットのシミュレータと実機に実装し，狭隘な環境や配管環境での推進実験を行っている．

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岡山発の革新的医療用針穿刺ロボットの開発：治験のための新たな安全機構およびインタフェースの開発

2019年06月 - 2020年02月

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

平木隆夫, 松野隆幸, 亀川哲志

担当区分：研究分担者

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針穿刺ロボットを用いたがんに対する低侵襲治療「CT透視ガイド下アブレーション」の検証的医師主導治験

2019年04月 - 2022年03月

日本医療研究開発機構（AMED）革新的がん医療実用化研究事業

代表, 平木隆夫

担当区分：研究分担者

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CT透視下IVR用針穿刺ロボットにおける半自動穿刺システムの開発

研究課題/領域番号：19K08174 2019年04月 - 2022年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C)

小牧稔幸, 平木隆夫, 亀川哲志, 松野隆幸, 金澤右, 櫻井淳, 松井裕輔

配分額：4290000円（直接経費：3300000円、間接経費：990000円）

我々はCT透視ガイド下針穿刺ロボットを研究開発している。本ロボットはこれまで、術者がコントローラを操作してロボットの動きをすべて遠隔操作していた。術者による遠隔操作では、精度良く標的に穿刺できることをファントム試験、動物試験など非臨床試験で実証した。2018年度にはFirst-in-human臨床試験を実施し、本ロボットは臨床での使用も可能であることを確認した。
我々はロボットを段階的に自動化することを目指している。これまでの研究により、医師が用手で針穿刺を行う際にどのように軌道修正を行っているのかについてのデータ解析を行い、適切なフィードバックを実施するための指針を得た。また、ロボットを用いた穿刺手技のうち、針先を刺入点へと移動させるターゲティング行程、および狙った標的へ向け針を挿入する穿刺行程において、一部を自動化する半自動化穿刺システムを開発した。
半自動化のシステムでは、 CT 画像上の腫瘍、刺入点、および針先位置の認識とポインティング操作や、ロボットを動作させるタイミングを送る操作は術者の判断により行う。一方で、刺入点へ針先を移動させる制御や、標的の方向に対する現在の針先方向のずれの算出、ずれを補正するための針姿勢修正動作ならびに穿刺動作、これらに伴う逆運動学計算は、ロボット内部の計算機および操作インタフェースのソフトウェアとして実装されている。
開発したシステムの有効性や妥当性は、岡山大学病院のIVRセンターにてファントム実験を実施することで検証している。

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がんの低侵襲治療を可能にする針穿刺ロボット（Zerobot）の改良：製品化に向けた安全性向上のための機能開発

2018年06月 - 2019年02月

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

亀川哲志, 松野隆幸, 平木隆夫

担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

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遠隔操作型針穿刺ロボットを用いたCT透視ガイド下生検の臨床試験（FIH試験）

研究課題/領域番号：18K07677 2018年04月 - 2021年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C)

平木隆夫, 金澤右, 櫻井淳, 小牧稔幸, 松野隆幸, 松井裕輔, 亀川哲志

配分額：4420000円（直接経費：3400000円、間接経費：1020000円）

本研究の目的は、我々が開発したCTガイド下IVR用針穿刺ロボット（Zerobot）を用いたCT透視ガイド下生検の臨床試験（First-in-Human試験）を実施することである。まず、試験を特定臨床研究としてjRCTに登録し（登録番号：jRCTs0621800)、その後、昨年度上旬に臨床試験を開始し、昨年度中に予定症例数10例（女性4例、男性6例；平均年齢72歳）の試験プロトコル手技を実施した。10例の病変の内訳は、腎腫瘍4例、肺腫瘍3例、副腎腫瘍1例、縦隔腫瘍1例、筋腫瘍1例であった。全例でZerobotを用いた生検導入針穿刺は実行可能であった。Zerobotの不具合はみられなかった。有害事象は8例で計11個生じた（グレードIIIa 1個、グレードI10個）。よって、Zerobotを用いた生検導入針穿刺は、人における様々な部位で安全に実行可能であることが示された。
今年度は、臨床試験の成果発表を主に行った。まず4月には横浜で開催された第78回日本医学放射線学会にて発表を行い、Gold medalを受賞した。次に欧州放射線学会の機関誌であるEuropean Radiologyに論文として発表を行った。それ以外にも多くの研究会や展示会等で本臨床試験の結果を講演内で発表してした。また、jRCTには本年1月付で終了届書を提出し、3月には実施医療機関の長である病院長に終了の報告を行った。

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CTガイド下針穿刺ロボットを用いた3次元穿刺技術の開発

研究課題/領域番号：17K10439 2017年04月 - 2021年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C)

櫻井淳, 平木隆夫, 亀川哲志, 松野隆幸, 金澤右, 松井裕輔, 小牧稔幸

配分額：4550000円（直接経費：3500000円、間接経費：1050000円）

2019年度には、岡山大学で開発したCT透視ガイド下穿刺ロボット（Zerobot）によって高精度な３次元穿刺が可能であることを証明した非臨床ファントム試験、動物試験の結果の解析と論文投稿を行った。研究結果の概略としては、ファントム試験において、平均の穿刺誤差角度はロボットにおいてXY平面上で0.4度、YZ平面上で0.6度、穿刺補助装置を用いた用手法においてXY平面上で3.7度、YZ平面上で0.6度であり、ロボットの方がより高精度であった。動物試験において、平均の穿刺誤差距離は穿刺中の針軸調整を加えた群で2.5mm、調整を加えない群で5.0mmであり、調整を加えない群でも高精度な結果が得られ、さらに調整を加えることで精度は向上した。本研究論文はEuropean Radiology誌に掲載された。
上記、非臨床試験の結果をうけて、さらにシステムの改良、開発を進めた。高精度ターゲティングに関して開発した、ロボットの構造的なパラメータを補正するキャリブレーションの手法を用いた運動学パラメータの補正、CTガントリー平面に対するロボット設置の垂直度を取得し補正する手法、CT画像の針姿勢情報を基にロボットの初期関節角度を補正するアルゴルリズムなどの調整、改良を行った。さらに、穿刺中に生じた針のズレ修正のために開発した方法論（特許出願済み）に関しても、システム面での改良を進めた。
すでに非臨床試験で十分に高精度な穿刺精度を実現できることが示されたが、ロボット自体の機能改良などに合わせて、三次元穿刺に関わるシステムの修正や改良も合わせて実施した。

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CT透視ガイド下針穿刺ロボットのための包み込み式なじみグリッパの開発

2017年04月 - 2018年03月

ちゅうごく産業創造センター新産業創造創出研究会

亀川哲志

担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

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IoT時代の遠隔操作型・自律型移動システムにおける安全かつ高信頼な通信の実現

研究課題/領域番号：16H01723 2016年04月 - 2019年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(A)

野上保之, 日下卓也, 五百旗頭健吾, 荒木俊輔, 籠谷裕人, 前山祥一, 中西透, 亀川哲志, 上原聡

配分額：39390000円（直接経費：30300000円、間接経費：9090000円）

本研究では、自律走行・自動運転可能な電気自動車や遠隔操作・駆動系ロボットなど具体的な駆動システムを用い、その制御ネットワークに最先端および先駆的なセキュリティ技術（データ認証、機器認証、鍵更新機能）を施した場合に、どの程度リアルタイム性に影響を与えるか検証することで、問題なく実現できるセキュリティレベルを明確にした。具体的には、CANシステムに対し、AES・乱数・軽量暗号を用いたデータ認証機能を搭載し、リアルタイム処理が実現できることを示した。また、サイドチャネル攻撃の脅威も実証実験し、その対策としての鍵更新機能を、楕円ペアリング暗号を用いて現実的な処理時間で実現できることを示した。

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３次元運動により障害物利用推進を行うヘビ型ロボットの開発

研究課題/領域番号：15K05898 2015年04月 - 2018年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C)

亀川哲志

配分額：4940000円（直接経費：3800000円、間接経費：1140000円）

本研究では，ヘビ型ロボットが複雑な狭隘空間において周囲の環境との力学的な作用を利用して移動することを目指し，ロボット全周において圧力を測定することができ，かつ３次元運動可能なヘビ型ロボットを新たに構築した．直管と曲管とで構成される内径２００ｍｍの配管の内部をこのヘビ型ロボットが螺旋捻転運動により移動する際の圧力をリアルタイムに測定することができることを確認した．また，ヘビ型ロボットが測定した圧力によって配管内で反射的に形状を変化させるアルゴリズムについて検討を行った．

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狭所用索状能動移動機構に関する開発

2015年 - 2017年

住友重機械工業共同研究

亀川哲志

担当区分：研究代表者

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CTガイド下針穿刺ロボットのためのインターフェイスの開発

2015年

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

亀川哲志

担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

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配管をタフに走破して作業もするヘビ型ロボットの開発

2014年 - 2018年

内閣府革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）タフ・ロボティクス・チャレンジ

田所諭, 亀川哲志

担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

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CT透視下針穿刺用医療ロボットの開発～ロボティックIVRの時代へ～

2014年 - 2016年

日本医療研究開発機構研究費

平木隆夫

資金種別：競争的資金

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ロボティックIVRのためのインターフェイスの開発

2014年

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

亀川哲志

担当区分：研究代表者資金種別：競争的資金

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CT透視下針穿刺用ロボットの開発：術者被曝のない手技へ

研究課題/領域番号：25461882 2013年04月 - 2016年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究(C)

平木隆夫, 郷原英夫, 金澤右, 松野隆幸, 藤原寛康, 亀川哲志

配分額：4940000円（直接経費：3800000円、間接経費：1140000円）

平成25年度には、ロボットプロトタイプが完成し、ファントムを使った穿刺実験を施行した。コントローラーを用いた遠隔操作にて、術者被曝なしにファントム内の約2cm大の標的に対する穿刺に成功した。H26～27年度は、ロボットシステムの改善を行った。平成26年度には剛性不十分による動作のがたつき、穿刺力・穿刺スピードの向上、CTガントリ内をモニタするカメラの画像精度不足、ロボットを操作するインターフェイスの感度不足、術者への力覚提示などにおいて改善を行い、H27年度には、ロボットの針を把持する部分（手先部分）の小型・軽量化、針の取り付け・取り外し機構の簡略化を行った。

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反射行動に基づくヘビ型ロボットの障害物利用推進

研究課題/領域番号：25820088 2013年04月 - 2015年03月

日本学術振興会科学研究費助成事業若手研究(B)

亀川哲志

配分額：4290000円（直接経費：3300000円、間接経費：990000円）

本研究では，ヘビ型ロボットが接触センサ情報を利用した反射行動により環境内にある障害物を利用して移動する推進アルゴリズムの提案を行い，これを，動力学シミュレータによるシミュレーション実験ならびに実機モデルを用いた実験により検証した．実験の結果より，障害物利用推進により効率のよい推進が実現できることを確認した一方で，環境との接触点での摩擦力を考慮した新たなアルゴリズムの必要性を確認した．

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螺旋捻転運動により円柱を昇降するヘビ型ロボットの開発

研究課題/領域番号：21760199 2009年 - 2010年

日本学術振興会科学研究費助成事業若手研究(B)

亀川哲志

配分額：2600000円（直接経費：2000000円、間接経費：600000円）

これまでのヘビ型ロボットの移動は2次元平面上に限られるものがほとんどであった.本研究ではピッチ軸とヨー軸を交互に組み合わせて構築したヘビ型ロボットが円柱に巻きついた状態で螺旋捻転運動を行うことにより,円柱の内部や外部といった3次元の環境を移動することを実現した.また,円柱の径が途中で変わった際に螺旋の径を自動調整する制御の導入や,曲がった配管内部で形を少しずつシフトさせながら移動する手法の提案と実証,さらに数学モデルを使った解析によりヘビ型ロボットが円柱内部でつっぱっている際の接触力を導出することなどを行った.

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小型球面モータの開発

2008年

岡山県特別電源所在県科学技術振興事業

担当区分：連携研究者

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半自律高機能移動ロボット群による被災建造物内の情報インフラ構築と情報収集システムの開発

2006年 - 2008年

独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（「NEDO技術開発機構」） 21世紀ロボットチャレンジプログラム，戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト，被災建造物内移動ＲＴシステム

担当区分：連携研究者

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レスキューロボット等の高度な次世代防災インフラ構築