Endoluminal surgery offers a minimally invasive option for early-stage gastrointestinal and urinary tract cancers but is limited by surgical tools and a steep learning curve. Robotic systems, particularly continuum robots, provide flexible instruments that enable precise tissue resection, potentially improving outcomes. This paper presents a visual perception platform for a continuum robotic system in endoluminal surgery. Our goal is to utilize monocular endoscopic image-based perception algorithms to identify position and orientation of flexible instruments and measure their distances from tissues. We introduce 2D and 3D learning-based perception algorithms and develop a physically-realistic simulator that models flexible instruments dynamics. This simulator generates realistic endoluminal scenes, enabling control of flexible robots and substantial data collection. Using a continuum robot prototype, we conducted module and system-level evaluations. Results show that our algorithms improve control of flexible instruments, reducing manipulation time by over 70% for trajectory-following tasks and enhancing understanding of surgical scenarios, leading to robust endoluminal surgeries.


翻译:腔内手术为早期胃肠道及泌尿系统癌症提供了一种微创治疗选择,但受限于手术工具及陡峭的学习曲线。机器人系统,特别是连续体机器人,提供了能够实现精确组织切除的柔性器械,有望改善手术效果。本文提出了一种用于腔内手术的连续体机器人系统视觉感知平台。我们的目标是利用基于单目内窥镜图像的感知算法,识别柔性器械的位置与姿态,并测量其与组织间的距离。我们引入了基于学习的二维与三维感知算法,并开发了一个物理逼真的模拟器,该模拟器对柔性器械的动力学进行建模。此模拟器能够生成逼真的腔内场景,从而实现对柔性机器人的控制并进行大规模数据采集。利用一个连续体机器人原型,我们进行了模块级和系统级评估。结果表明,我们的算法改进了对柔性器械的控制,在轨迹跟踪任务中将操作时间减少了70%以上,并增强了对手术场景的理解,从而实现稳健的腔内手术。

0
下载
关闭预览

相关内容

微型仿生机器人研究现状综述
专知会员服务
18+阅读 · 2025年3月28日
人形机器人深度:产业化渐行渐近,未来前景广阔
专知会员服务
39+阅读 · 2024年7月17日
中国智慧手术室发展与实践白皮书,72页pdf
专知会员服务
39+阅读 · 2024年1月14日
面向虚实融合的人机交互
专知会员服务
71+阅读 · 2023年6月25日
人工智能技术在口腔正畸诊疗中的应用研究进展
专知会员服务
14+阅读 · 2022年5月1日
专知会员服务
106+阅读 · 2020年11月27日
【机器人】机器人PID控制
产业智能官
10+阅读 · 2018年11月25日
【机器视觉】机器视觉全面解析
产业智能官
12+阅读 · 2018年11月12日
【机器视觉】表面缺陷检测:机器视觉检测技术
产业智能官
25+阅读 · 2018年5月30日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
微型仿生机器人研究现状综述
专知会员服务
18+阅读 · 2025年3月28日
人形机器人深度:产业化渐行渐近,未来前景广阔
专知会员服务
39+阅读 · 2024年7月17日
中国智慧手术室发展与实践白皮书,72页pdf
专知会员服务
39+阅读 · 2024年1月14日
面向虚实融合的人机交互
专知会员服务
71+阅读 · 2023年6月25日
人工智能技术在口腔正畸诊疗中的应用研究进展
专知会员服务
14+阅读 · 2022年5月1日
专知会员服务
106+阅读 · 2020年11月27日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员