This paper focuses on a research problem of robotic controlled laser orientation to minimize errant overcutting of healthy tissue during the course of pathological tissue resection. Laser scalpels have been widely used in surgery to remove pathological tissue targets such as tumors or other lesions. However, different laser orientations can create various tissue ablation cavities, and incorrect incident angles can cause over-irradiation of healthy tissue that should not be ablated. This work aims to formulate an optimization problem to find the optimal laser orientation in order to minimize the possibility of excessive laser-induced tissue ablation. We first develop a 3D data-driven geometric model to predict the shape of the tissue cavity after a single laser ablation. Modelling the target and non-target tissue region by an obstacle boundary, the determination of an optimal orientation is converted to a collision-minimization problem. The goal of this optimization formulation is maintaining the ablated contour distance from the obstacle boundary, which is solved by Projected gradient descent. Simulation experiments were conducted and the results validated the proposed method with conditions of various obstacle shapes and different initial incident angles.


翻译:本文重点论述在病理组织剖析过程中机器人控制的激光定向问题,以尽量减少健康组织切除过程中的误切。在手术中,激光头片被广泛用于清除肿瘤或其他损伤等病理组织目标,然而,不同的激光定向可造成各种组织腐蚀洞穴,不正确的事故角度可造成不应稀释的健康组织过度辐照。这项工作旨在形成一个优化问题,以找到最佳的激光定向,从而尽可能减少激光诱发组织过度腐蚀的可能性。我们首先开发了一个3D数据驱动的几何模型,以预测单一激光除尘后组织骨骼的形状。用障碍界限模拟目标和非目标组织区域,确定最佳方向可转化为碰撞最小化问题。这一优化配方的目的在于保持从障碍界限的熔蚀的锥形距离,通过预测的梯度下位来解析。进行了模拟实验,并用各种障碍形状和不同初步事件角度对拟议方法进行了验证。

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