Predicting surgical needle trajectories from endoscopic video is critical for robot-assisted suturing, enabling anticipatory planning, real-time guidance, and safer motion execution. Existing methods that directly learn motion distributions from visual observations tend to overlook the sequential dependency among adjacent motion steps. Moreover, sparse waypoint annotations often fail to provide sufficient supervision, further increasing the difficulty of supervised or imitation learning methods. To address these challenges, we formulate image-based needle trajectory prediction as a sequential decision-making problem, in which the needle tip is treated as an agent that moves step by step in pixel space. This formulation naturally captures the continuity of needle motion and enables the explicit modeling of physically plausible pixel-wise state transitions over time. From this perspective, we propose SutureFormer, a goal-conditioned offline reinforcement learning framework that leverages sparse annotations to dense reward signals via cubic spline interpolation, encouraging the policy to exploit limited expert guidance while exploring plausible future motion paths. SutureFormer encodes variable-length clips using an observation encoder to capture both local spatial cues and long-range temporal dynamics, and autoregressively predicts future waypoints through actions composed of discrete directions and continuous magnitudes. To enable stable offline policy optimization from expert demonstrations, we adopt Conservative Q-Learning with Behavioral Cloning regularization. Experiments on a new kidney wound suturing dataset containing 1,158 trajectories from 50 patients show that SutureFormer reduces Average Displacement Error by 58.6% compared with the strongest baseline, demonstrating the effectiveness of modeling needle trajectory prediction as pixel-level sequential action learning.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

IJCAI 2022 | 端到端的几何transformer:用于分子属性预测
专知会员服务
13+阅读 · 2022年12月26日
视觉Transformer预训练模型的胸腔X线影像多标签分类
专知会员服务
14+阅读 · 2022年7月29日
【论文推荐】小样本视频合成,Few-shot Video-to-Video Synthesis
专知会员服务
24+阅读 · 2019年12月15日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【泡泡图灵智库】密集相关的自监督视觉描述学习(RAL)
泡泡机器人SLAM
11+阅读 · 2018年10月6日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2016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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31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
3+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
9+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
14+阅读 · 10月15日
综述|谁来改进机器人?迈向物理递归自我改进
专知会员服务
10+阅读 · 10月14日
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
10+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
14+阅读 · 10月13日
相关VIP内容
IJCAI 2022 | 端到端的几何transformer:用于分子属性预测
专知会员服务
13+阅读 · 2022年12月26日
视觉Transformer预训练模型的胸腔X线影像多标签分类
专知会员服务
14+阅读 · 2022年7月29日
【论文推荐】小样本视频合成,Few-shot Video-to-Video Synthesis
专知会员服务
24+阅读 · 2019年12月15日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
23+阅读 · 2016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 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31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
3+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员