在传统显微手术中映射外科医生手/指运动以增强直观手术机器人遥操作
机器人学
2021-02-23 v1 人工智能
机器学习
系统与控制
系统与控制
摘要
目的：机器人与人工智能（AI）的近期发展显著推进了医疗技术，在某些外科专科中增强了机器人辅助微创手术（RAMIS）。然而，现有人机接口缺乏直观遥操作能力，且无法模拟外科医生的手/指感知与精细运动。这些局限使遥操作机器人手术不适用于显微手术，且难以被成熟外科医生掌握。我们报告一项初步研究，展示一种直观记录并映射心脏显微手术中外科医生整体手部运动与精细协同运动的方法，以增进未来直观遥操作。方法：我们着手开发一种原型系统，能够通过映射模拟心脏显微手术过程中的手腕、手与手术工具实时数据采集（RTDA）输入来训练深度神经网络（DNN）。训练后的网络用于根据精炼的手关节角度估计工具位姿。结果：基于外科医生在模拟显微手术中的反馈，所开发的带轻量传感器的可穿戴运动追踪系统未干扰手术与器械操作。该可穿戴运动追踪系统使用15个手指-拇指-手腕关节角度传感器生成有意义的数据集，作为DNN网络的输入，并根据估计工具位姿与实测工具位姿的比较按需增补新手关节角度。DNN架构针对最高估计精度及以最小均方误差确定工具位姿的能力进行了优化。这一新方法表明，遥操作的基本要求——手术器械位姿，可从记录的外科医生手/指运动中以小于0.3%的均方误差（MSE）准确估计。
引用
@article{arxiv.2102.10585,
title = {Mapping Surgeon's Hand/Finger Motion During Conventional Microsurgery to Enhance Intuitive Surgical Robot Teleoperation},
author = {Mohammad Fattahi Sani and Raimondo Ascione and Sanja Dogramadzi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.10585},
year = {2021}
}