Autonomous robotic surgery has the potential to provide efficacy, safety, and consistency independent of individual surgeons skill and experience. Autonomous soft-tissue surgery in unstructured and deformable environments is especially challenging as it necessitates intricate imaging, tissue tracking and surgical planning techniques, as well as a precise execution via highly adaptable control strategies. In the laparoscopic setting, soft-tissue surgery is even more challenging due to the need for high maneuverability and repeatability under motion and vision constraints. We demonstrate the first robotic laparoscopic soft tissue surgery with a level of autonomy of 3 out of 5, which allows the operator to select among autonomously generated surgical plans while the robot executes a wide range of tasks independently. We also demonstrate the first in vivo autonomous robotic laparoscopic surgery via intestinal anastomosis on porcine models. We compared the criteria including needle placement corrections, suture spacing, suture bite size, completion time, lumen patency, and leak pressure between the developed system, manual laparoscopic surgery, and robot-assisted surgery (RAS). The ex vivo results indicate that our system outperforms expert surgeons and RAS techniques in terms of consistency and accuracy, and it leads to a remarkable anastomosis quality in living pigs. These results demonstrate that surgical robots exhibiting high levels of autonomy have the potential to improve consistency, patient outcomes, and access to a standard surgical technique.


翻译:自主机器人外科手术具有提供效力、安全和一致性的潜力,独立于个别外科医生的技能和经验。在非结构化和畸形环境中自主的软组织手术特别具有挑战性,因为它需要复杂的成像、组织跟踪和手术规划技术,以及通过高度适应的控制战略进行精确的手术。在腹腔环境中,软组织外科手术更具挑战性,因为在运动和视觉限制下需要高度可操作性和可重复性。我们展示了第一个机器人腹腔软组织手术,其自主程度为5分之3,使操作者能够在自主生成的外科手术计划中作出选择,而机器人则独立地执行范围广泛的任务。我们还展示了通过围状体模型的肠胃肛门病进行体外科手术的首个功能。我们比较了包括针管矫正、缝纫间、牙缝合体大小、完成时间、润滑体、以及病人系统之间的泄漏压力,人工腹腔外科手术和机器人辅助外科手术(RAS)之间的自主性。前视视像结果显示的是,我们系统在手术质量和手术的稳定性方面表现出了一种惊人的稳定性。

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