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手術映像/3D追跡arXiv:2611.11697

SurgTAP-3D:接触を考慮した3D動作追跡による大規模手術横断ビデオデータセット

SurgTAP-3D: A Large-Scale Cross-Surgery Video Dataset with Contact-Aware 3D Motion Tracking

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未較正の単眼手術動画から接触領域プロンプトや動的バンドル調整を用いて4Dアノテーションを生成し、52万フレーム・140万軌跡からなる大規模手術3D動作追跡データセットとベンチマークを構築した論文。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 低侵襲手術(MIS)の3Dシーン動態理解に向けた大規模in-vivo疑似3D手術モーショントラッキングデータセット/ベンチマーク - 520K frames、4,549 action clips、1.4Mの2D/3D point trajectoriesを収録 - robotic/manual双方の多様な手技を統一action categoriesで包含 - 接触領域を含むtool-tissue interactionsのアノテーションを提供 - homepage: https://wrld.github.io/surgtap-3d/

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存公開データセットは実臨床シナリオのscalabilityとdiversityが限定的 - 従来アノテーションはtissueかinstrumentの片方に偏り、tool-tissue interactionsを軽視 - 本データセットは大規模・高品質な3D supervisionをVLA modelsやworld models向けに提供 - 統一action categoriesの下でrobotic/manual手技を横断的に収録 - 要旨からは不明: 具体的な先行データセットとの数値比較

3. 技術・手法の肝は?

- 非calibrated単眼手術動画を構造化4D annotationsへ変換する統一フレームワーク - contact-region prompting、active-tool segmentation、dynamic bundle adjustment、global 4D refinementを組合せ - foundation priorsを手術動画へ適応 - 時間的一貫性のあるtrajectories、pseudo-scale geometry、camera poses、instrument masksを生成 - occlusion、smoke、bleeding、rapid instrument motion等の現実的困難を含む

4. どうやって有効だと検証した?

- SurgPose、SurgT、STIR上でinstrument/tissue tracking双方を網羅する包括的benchmarkを構築 - instrument displacement estimation、deformable surface reconstruction、foundation-model fine-tuningを実証 - データセットとannotation frameworkの有効性を3D surgical point tracking、reconstruction、surgical action understandingで実験・分析 - 要旨からは不明: 具体的な定量指標やベースライン比較の詳細

5. 議論はある?

- 要旨からは不明: 限界や失敗ケースの明示的議論 - pseudo-scale geometryや疑似3Dアノテーションの精度・汎化性に関する議論は本文で要確認 - occlusion、smoke、bleeding、rapid instrument motion等の困難がデータに含まれる点は記載 - 要旨からは不明: 臨床応用や倫理的側面の議論

6. 次に読むべき論文は?

- SurgPose(手術pose推定ベンチマーク) - SurgT(手術tissue trackingベンチマーク) - STIR(手術tracking関連データセット) - VLA models、world models(応用先として言及) - dynamic bundle adjustment、foundation models(手法関連) - 要旨からは不明: 個別論文の著者・年式の詳細

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Jiaxin Guo, Wenzhen Dong, Taoyu Wu, Haomin Kuang, Mengya Xu, Kejian Shi, Ziyi Wang, Tongfan Guan, Mingkai Jia, Yue Wang, Qi Dou, Yun-Hui Liu

分類: cs.CV, cs.RO

原文アブストラクト

Understanding 3D scene dynamics in minimally invasive surgery (MIS) is a fundamental step toward physically intelligent and autonomous surgical systems. However, existing public datasets offer limited scalability and diversity in real-world clinical scenarios. Moreover, annotations typically focus on either tissue or instruments alone, overlooking tool-tissue interactions. This gap limits applications such as augmented reality guidance and autonomous surgery driven by vision-language-action (VLA) models or world models, which demand large-scale, high-quality 3D supervision. In this work, we construct SurgTAP-3D, a large-scale in-vivo pseudo-3D surgical motion tracking dataset and benchmark, comprising 520K frames, 4,549 action clips, and 1.4M 2D/3D point trajectories from diverse robotic and manual procedures under unified action categories. To make annotation scalable, we design a unified framework for surgical 3D point tracking that converts uncalibrated monocular surgical videos into structured 4D annotations through contact-region prompting, active-tool segmentation, dynamic bundle adjustment, and global 4D refinement. This pipeline adapts foundation priors to surgical videos and produces temporally consistent trajectories, pseudo-scale geometry, camera poses, and instrument masks. The dataset captures realistic challenges inherent to surgical environments, including occlusions, smoke, bleeding, and rapid instrument motion. We establish a comprehensive benchmark on SurgPose, SurgT, and STIR, covering both instrument and tissue tracking. We demonstrate instrument displacement estimation, deformable surface reconstruction, and foundation-model fine-tuning. Extensive experiments and analysis demonstrate the effectiveness of our dataset and annotation framework for 3D surgical point tracking, reconstruction, and surgical action understanding. Homepage: https://wrld.github.io/surgtap-3d/

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