Many keyhole interventions rely on bi-manual handling of surgical instruments, forcing the main surgeon to rely on a second surgeon to act as a camera assistant. In addition to the burden of excessively involving surgical staff, this may lead to reduced image stability, increased task completion time and sometimes errors due to the monotony of the task. Robotic endoscope holders, controlled by a set of basic instructions, have been proposed as an alternative, but their unnatural handling may increase the cognitive load of the (solo) surgeon, which hinders their clinical acceptance. More seamless integration in the surgical workflow would be achieved if robotic endoscope holders collaborated with the operating surgeon via semantically rich instructions that closely resemble instructions that would otherwise be issued to a human camera assistant, such as "focus on my right-hand instrument". As a proof of concept, this paper presents a novel system that paves the way towards a synergistic interaction between surgeons and robotic endoscope holders. The proposed platform allows the surgeon to perform a bimanual coordination and navigation task, while a robotic arm autonomously performs the 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 appropriate motion of the endoscope camera. We validate our vision pipeline and run a user study of this system. The clinical relevance of the study is ensured through the use of a laparoscopic exercise validated by the European Academy of Gynaecological Surgery which involves bi-manual coordination and navigation. Successful application of our proposed system provides a promising starting point towards broader clinical adoption of robotic endoscope holders.


翻译:许多关键眼干预依赖对外科器械的双手处理,迫使主外科医生依赖第二名外科医生担任摄影助理。除了过度涉及外科人员的负担外,这还可能导致图像稳定性降低,任务完成时间增加,有时还由于任务单调而导致错误。 由一套基本指示控制的机器人内窥镜持有者被提议作为一种替代方案,但他们的非自然处理可能会增加外科医生的认知负荷,从而妨碍他们的临床接受。如果机器人内窥镜持有者与手术外科医生合作,通过更精致的导航指示,与手术外科医生合作,实现更顺畅的整合。除了过分涉及外,外,外科外科外科人员还承担过重的外科外科外科外科护理员责任。 作为概念的证明,本文提出了一个新系统,为外科外科医生和机器人内科外科医生之间的协同互动铺平整铺路,同时机械臂自动地执行外科外科定位任务。在我们系统内部,我们提议开始采用一个新式的临床内径系统,通过智能机操作系统,确保手术分路段的平稳操作法。

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