低侵襲手術において、腹腔鏡による安定した視野の確保は手術の成否を左右する重要な要素である。従来、腹腔鏡は助手が手で保持していたが、長時間の手術では疲労による視野の揺れが生じ、手術精度に悪影響を及ぼす可能性があった。腹腔鏡保持ロボットはこの問題を解決するが、術中の状況に応じて腹腔鏡の姿勢を継続的に調整する必要がある。しかし、術中に得られる位置、力/トルク、画像などのマルチモーダル信号は物理的意味や単位が大きく異なるため、統一的な表現と制御指令の生成が困難であった。
本研究では、この課題に対してマルチモーダル情報の統一的力学モデリングに基づく新しい制御手法を提案する。まず、位置、力/トルク、画像などの複数の術中情報源に対するマッピング戦略を設計し、それらを操作空間における等価な力学的表現（力学的量）に統合する。次に、タスク優先順位スキームを用いて、これらの力学的量をタスク空間と零空間にそれぞれ注入し、タスク優先順位投影により腹腔鏡の制御指令を合成する。これにより、単一の枠組み内でマルチモーダル情報の一貫した表現と協調的融合を実現する。
具体例として、術中の遠心運動（RCM）位置、力/トルクセンサーの読み取り値、腹腔鏡画像を用いて、三種類の力学的量を構築する。RCM制約力はRCMの幾何学的制約を強制しトロカール部位の接触力を低減する。腹腔鏡操作力は医師によるコンプライアントなドラッギングを可能にする。器具追跡力は手術器具の自律的な視覚追跡を実現する。これらの力学的量はタスク優先順位に従って調整される。
手術ファントムおよび生体内ブタ試験による評価では、提案手法がRCM制約を維持しつつ、コンプライアントな腹腔鏡操作と自律的な器具追跡を含むマルチタスク動作を実現し、トロカール部位の持続的負荷を低減することが示された。この研究は、マルチモーダル情報融合の手術ロボットへの応用に新たな可能性を開き、低侵襲手術の自動化、安全性、操作性の向上に貢献することが期待される。