基于自主器械跟踪的机器人内窥镜控制

许多锁孔介入手术依赖于双手操作手术器械，迫使主刀医生需依靠另一名医生担任摄像助手。除了过度占用手术人员这一负担外，这还可能导致图像稳定性下降、任务完成时间增加，有时因任务单调而出现失误。已有研究提出由一组基本指令控制的机器人内窥镜持镜臂作为替代方案，但其不自然的操作方式可能增加（单独操作）医生的认知负荷，从而阻碍其临床接受度。如果机器人内窥镜持镜臂能够通过语义丰富的指令与手术医生协作，且这些指令高度近似于原本下达给人类摄像助手的指令（例如“聚焦我右手的器械”），则可实现与手术流程更无缝的集成。作为概念验证，本文提出了一种新颖系统，为手术医生与机器人内窥镜持镜臂之间的协同交互铺平道路。该平台允许手术医生执行双手协调与导航任务，同时机械臂自主完成内窥镜定位任务。在我们的系统中，提出了一种基于手术器械分割的新型工具尖端定位方法，以及一种确保内窥镜摄像头平滑且恰当运动的新型视觉伺服方法。我们验证了视觉处理流水线并开展了该系统的用户研究。通过使用经欧洲妇科手术学会验证、涉及双手协调与导航的腹腔镜训练项目，确保了研究的临床相关性。我们所提系统的成功应用，为机器人内窥镜持镜臂更广泛的临床采用提供了一个有前景的起点。