Laparoscopic Field of View (FOV) control is one of the most fundamental and important components in Minimally Invasive Surgery (MIS), nevertheless, the traditional manual holding paradigm may easily bring fatigue to surgical assistants, and misunderstanding between surgeons also hinders assistants to provide a high-quality FOV. Targeting this problem, we here present a data-driven framework to realize an automated laparoscopic optimal FOV control. To achieve this goal, we offline learn a motion strategy of laparoscope relative to the surgeon's hand-held surgical tool from our in-house surgical videos, developing our control domain knowledge and an optimal view generator. To adjust the laparoscope online, we first adopt a learning-based method to segment the two-dimensional (2D) position of the surgical tool, and further leverage this outcome to obtain its scale-aware depth from dense depth estimation results calculated by our novel unsupervised RoboDepth model only with the monocular camera feedback, hence in return fusing the above real-time 3D position into our control loop. To eliminate the misorientation of FOV caused by Remote Center of Motion (RCM) constraints when moving the laparoscope, we propose a novel distortion constraint using an affine map to minimize the visual warping problem, and a null-space controller is also embedded into the framework to optimize all types of errors in a unified and decoupled manner. Experiments are conducted using Universal Robot (UR) and Karl Storz Laparoscope/Instruments, which prove the feasibility of our domain knowledge and learning enabled framework for automated camera control.


翻译:在小型侵入性外科手术(MIS)中,传统手动持有模式很容易给外科助理带来疲劳,外科医生之间的误解也妨碍助理提供高质量的FOV。针对这一问题,我们提出了一个数据驱动框架,以实现自动腹腔优化FOV控制。为了实现这一目标,我们从内部外科手术录像中学习了与外科手术手持统一手术工具相对的内侧镜镜片运动战略,开发了我们的控制域域知识,并开发了一个最佳视图生成器。为了在网上调整大腿镜,我们首先采用一种基于学习的方法,将外科工具的二维(2D)位置分割开来,并进一步利用这一结果,从我们新颖的、不超强的 RoboDepeh 模型计算的深度估算结果中获取深度。为了达到这个目的,我们用内部外科手术控制器的直径定位框架将以上3D定位转换为我们控制圈。要消除FOVOFO的误定位, 使用远程直径(RC) 和直观控制模型的精确度框架,我们用直观的直观控制方式将一个最精确的缩缩缩缩缩的缩的缩缩的缩缩缩缩图, 也用了我们用一个缩缩缩缩缩的缩缩缩的缩的缩的缩的缩缩的缩缩的缩的缩图。

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