EyeLS: Shadow-Guided Instrument Landing System for Intraocular Target Approaching in Robotic Eye Surgery

要約

ロボット眼科手術は、顕微鏡や術中 OCT (iOCT) などの入力画像モダリティに応じて、網膜下注射における網膜貫通や網膜剥離における浮遊組織の除去などの高精度介入を容易にする新興技術です。
iOCT は、範囲が制限された ROI 内で針先端の位置を特定するために研究されていますが、特にターゲットに接近する最初の段階では、iOCT の動きと針を調整することは依然として困難です。
一方、2D 透視投影により深さ情報が失われるため、現在の画像ベースの方法では、網膜ターゲットと浮遊ターゲットの両方に向かう針先の軌道を効果的に推定できません。
この制限に対処するために、ターゲットと器具先端の影の位置を使用してそれらの相対的な深さ位置を推定し、それに応じて先端が iOCT のスキャン領域内のターゲットに近づくまで器具先端の挿入軌道を最適化することを提案します。
私たちの方法は、網膜モデル上でのターゲットへのアプローチに成功し、網膜を損傷することなく、手術シミュレーターで浮遊ターゲットと網膜ターゲットに対してそれぞれ平均深さ誤差 0.0127 mm と 0.3473 mm を達成しました。

要約(オリジナル)

Robotic ophthalmic surgery is an emerging technology to facilitate high-precision interventions such as retina penetration in subretinal injection and removal of floating tissues in retinal detachment depending on the input imaging modalities such as microscopy and intraoperative OCT (iOCT). Although iOCT is explored to locate the needle tip within its range-limited ROI, it is still difficult to coordinate iOCT’s motion with the needle, especially at the initial target-approaching stage. Meanwhile, due to 2D perspective projection and thus the loss of depth information, current image-based methods cannot effectively estimate the needle tip’s trajectory towards both retinal and floating targets. To address this limitation, we propose to use the shadow positions of the target and the instrument tip to estimate their relative depth position and accordingly optimize the instrument tip’s insertion trajectory until the tip approaches targets within iOCT’s scanning area. Our method succeeds target approaching on a retina model, and achieves an average depth error of 0.0127 mm and 0.3473 mm for floating and retinal targets respectively in the surgical simulator without damaging the retina.

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