同时在线注册 - - 在机器人辅助眼科手术中独立识别硬度和定位手术仪器的尖端
Ali Ebrahimi1, Shahriar Sefati1, Peter Gehlbach2
1Department of Mechanical Engineering and also Laboratory for Computational Sensing and Robotics at the Johns Hopkins University, Baltimore, MD, 21218, USA.
IEEE transactions on robotics : a publication of the IEEE Robotics and Automation Society
|June 28, 2023
概括
这项研究引入了机器人眼科手术的新型注册独立算法,使用在线刚度估计改进了仪器尖端定位. 这些方法可以提高手术精度,而无需进行手术前的校准.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 眼科手术 眼科手术
- 传感器和仪器仪表的使用
背景情况:
- 机器人辅助提供了对视网膜手术至关重要的增强稳定的手操纵.
- 精确感知手术状态,包括仪器尖位置和工具-组织相互作用力,对于机器人手术效率至关重要.
- 目前用于工具尖端定位的方法通常需要手术前的框架注册或仪器校准,造成局限性.
研究的目的:
- 开发独立于校准和注册的 (RI) 算法,用于在线估计仪器刚度.
- 将这些刚度估计与使用前向动力学 (FWK) 和传感器测量以改进仪表端定位的状态空间模型集成.
- 为了提高机器人辅助眼科手术期间偏斜仪表尖位置估计的准确性.
主要方法:
- 结合视觉和基于力的方法的代方法被用来开发RI算法用于在线刚度估计 (最小平方和自适应).
- 采用卡尔曼过 (KF) 方法,将在线 RI 刚度估计与基于 Steady-Hand Eye Robot (SHER) FWK 和 Fiber Brag Grating (FBG) 传感器测量结果的状态空间模型相结合.
- 进行了实验验证,以比较开发的算法的性能与手术前离线校准方法的性能.
主要成果:
- 开发的RI算法在线提供仪器刚度的估计.
- 与基于KF的状态空间模型的集成显著改善了偏斜仪表尖端位置估计.
- 实验结果表明,与手术前离线校准相比,在线RI刚度估计产生了更高的仪表尖定位精度.
结论:
- 拟议的独立于校准和注册的方法提高了机器人辅助眼科手术中的仪器尖定位精度.
- 在线刚度估计为跟踪仪器位置提供了比传统的离线校准技术更精确的方法.
- 这一进步有可能提高机器人视网膜手术的安全性和有效性.
