網膜マイクロサージェリにおける自律的な針ナビゲーション:ブタ摘出眼での評価
Autonomous Needle Navigation in Retinal Microsurgery: Evaluation in ex vivo Porcine Eyes
網膜手術ロボットが針を自律的に目標位置へ誘導するため、リアルタイム形状推定と確率制約付きモデル予測制御を組み合わせ、強膜への力を安全範囲に保ちながら高精度に制御する手法を提案し、ブタ摘出眼で検証した。
著者: Peiyao Zhang, Ji Woong Kim, Peter Gehlbach, Iulian Iordachita, Marin Kobilarov
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Important challenges in retinal microsurgery include prolonged operating time, inadequate force feedback, and poor depth perception due to a constrained top-down view of the surgery. The introduction of robot-assisted technology could potentially deal with such challenges and improve the surgeon's performance. Motivated by such challenges, this work develops a strategy for autonomous needle navigation in retinal microsurgery aiming to achieve precise manipulation, reduced end-to-end surgery time, and enhanced safety. This is accomplished through real-time geometry estimation and chance-constrained Model Predictive Control (MPC) resulting in high positional accuracy while keeping scleral forces within a safe level. The robotic system is validated using both open-sky and intact (with lens and partial vitreous removal) ex vivo porcine eyes. The experimental results demonstrate that the generation of safe control trajectories is robust to small motions associated with head drift. The mean navigation time and scleral force for MPC navigation experiments are 7.208 s and 11.97 mN, which can be considered efficient and well within acceptable safe limits. The resulting mean errors along lateral directions of the retina are below 0.06 mm, which is below the typical hand tremor amplitude in retinal microsurgery.
関連論文
- 片手補助:単一チャネル内視鏡的粘膜下層剥離術における牽引のための連続体ロボット把持器医療ロボティクス
- 脳血管内治療における臨床医とAIの協働:自律性スペクトラムにわたるロボットナビゲーションのCopilot支援モードに関するin-vitroユーザー研究医療ロボティクス
- 低悪性度脾外傷の止血に向けた監督付き自律双腕吸引・焼灼システム医療ロボティクス
- 言語条件付き行動クローニングによる自律内視鏡ガイダンス医療ロボティクス
- MCP-Net:ロボットガイドワイヤ操作のためのリアルタイム冠動脈認識ネットワークとトポロジー解析医療ロボティクス
- 手術フェーズ認識と視覚追従を統合した自律腹腔鏡制御フレームワーク医療ロボティクス
