Seven million people suffer surgical complications each year, but with sufficient surgical training and review, 50\% of these complications could be prevented. To improve surgical performance, existing research uses various deep learning (DL) technologies including convolutional neural networks (CNN) and recurrent neural networks (RNN) to automate surgical tool and workflow detection. However, there is room to improve accuracy; real-time analysis is also minimal due to the complexity of CNN. In this research, a novel DL architecture is proposed to integrate visual simultaneous localization and mapping (vSLAM) into Mask R-CNN. This architecture, vSLAM-CNN (vCNN), for the first time, integrates the best of both worlds, inclusive of (1) vSLAM for object detection, by focusing on geometric information for region proposals, and (2) CNN for object recognition, by focusing on semantic information for image classification, combining them into one joint end-to-end training process. This method, using spatio-temporal information in addition to visual features, is evaluated on M2CAI 2016 challenge datasets, achieving the state-of-the-art results with 96.8 mAP for tool detection and 97.5 mean Jaccard score for workflow detection, surpassing all previous works, and reaching a 50 FPS performance, 10x faster than the region-based CNN. A region proposal module (RPM) replaces the region proposal network (RPN) in Mask R-CNN, accurately placing bounding boxes and lessening the annotation requirement. Furthermore, a Microsoft HoloLens 2 application is developed to provide an augmented reality (AR)-based solution for surgical training and assistance.


翻译:每年有700万人面临外科并发症,但通过足够的外科培训和审查,可以防止50个此类并发症。为了改进外科手术性能,现有研究利用各种深度学习(DL)技术,包括进化神经网络(CNN)和经常性神经网络(RNNN)等各种深层次学习(DL)技术,将外科手术工具和工作流程检测自动化。然而,还有提高准确性的空间;由于CNN的复杂性,实时分析也微乎其微。在这项研究中,提出了一个新的DL架构,将视觉同步本地化和映射(VSLAM)纳入Ms Hold R-CNN。这个架构(vSLAM-CNN(VCNN))首次将两种世界的最佳学习(DL)技术相结合,其中包括:(1) vSLAM用于目标检测,侧重于用于区域提案的几何信息,以及工作流程检测;(2)CNNMNC用于目标识别,侧重于图像分类,将其纳入一个联合端对端对端培训过程的培训过程。 这种方法,除了基于视觉的 RBS-NMS-N 2016挑战数据集,还评估了M-N-S-S-real-real-reg-reg-reval State Streg-reving A 10-revation Streal-reval-reval lainal lainal lainal lax lax lax lax lax lax lax lax 10 mess lax lax lax a lax lax lax lax a lax lax a lax a lax a lax a lax lax a lax lax lax a lax a lax a lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lab lax lax lax lax lab-re lab-re lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax lax la

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