In keyhole interventions, surgeons rely on a colleague to act as a camera assistant when their hands are occupied with surgical instruments. This often leads to reduced image stability, increased task completion times and sometimes errors. Robotic endoscope holders (REHs), controlled by a set of basic instructions, have been proposed as an alternative, but their unnatural handling increases the cognitive load of the surgeon, hindering their widespread clinical acceptance. We propose that REHs collaborate with the operating surgeon via semantically rich instructions that closely resemble those issued to a human camera assistant, such as "focus on my right-hand instrument". As a proof-of-concept, we present a novel system that paves the way towards a synergistic interaction between surgeons and REHs. The proposed platform allows the surgeon to perform a bi-manual coordination and navigation task, while a robotic arm autonomously performs various endoscope positioning tasks. Within our system, we propose a novel tooltip localization method based on surgical tool segmentation, and a novel visual servoing approach that ensures smooth and correct motion of the endoscope camera. We validate our vision pipeline and run a user study of this system. Through successful application in a medically proven bi-manual coordination and navigation task, the framework has shown to be a promising starting point towards broader clinical adoption of REHs.


翻译:在关键眼干预中,外科医生依靠一位同事在手忙手动使用外科仪器时担任外科医生助理。这往往导致图像稳定性降低,任务完成时间增加,有时还出错。由一套基本指示控制的机器人内窥镜持有者(REH)被提议为替代方案,但是他们的非自然处理增加了外科医生的认知负荷,妨碍了他们广泛的临床接受。我们提议,REHs与手术外科医生合作,采用与人类外科医生密切相似的语义丰富的指示,如“关注我的右手仪器”等。作为一个概念的证明,我们提出了一个新的系统,为外科医生和REHs之间的协同互动铺平了道路。提议的平台允许外科医生进行双体协调和导航任务,而机械臂则自主地履行各种内视镜定位任务。我们建议,在我们的系统内,我们提出一种基于外科工具分解的新型工具本地化方法,以及一种确保内科镜相机平稳和正确移动的新视觉预览方法。我们验证了我们的视觉管道,并运行一个更广阔的临床导航框架的用户研究。在成功的应用中,成功地展示了一种有希望的临床导航。

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