要約
外科医の生理的な手の震えは、網膜静脈カニュレーション（RVC）や網膜上膜剥離などの繊細で精密な網膜手術の結果に大きな影響を与える可能性があります。ロボット支援眼科手術技術は、手の震えのキャンセル、手の動きのスケーリング、安全性の制約などの高度な機能を眼科医に提供し、これらの困難でリスクの高い手術を高い精度と安全性で行うことを可能にします。協調制御モードのSteady-Hand Eye Robot (SHER)は、外科医の手の震えをフィルタリングすることができますが、もう一つの重要な安全機能、すなわち組織損傷を避けるために手術器具と強膜表面の接触力を最小化することは、この制御モードでは満たすことができません。また、手の動きのスケーリングや触覚フィードバックなど、他の機能には遠隔操作制御フレームワークが必要である。この研究では、PHANTOM Omniハプティックデバイスと、SHER 2.1エンドエフェクタに取り付けられたFBG（Fiber Bragg Grating）センサを備えた力覚手術器具を用いて、適応的強膜力制御アルゴリズムを組み込んだ遠隔操作制御モードを初めて実装した。この適応的強膜力制御アルゴリズムにより、ロボットはツールと強膜の接触力を動的に最小化することができる。さらに、顕微鏡下の眼球ファントム内で血管追従実験を行い、提案した適応的遠隔操作モードと協調モードの性能を初めて比較した。
要約(オリジナル)
A surgeon’s physiological hand tremor can significantly impact the outcome of delicate and precise retinal surgery, such as retinal vein cannulation (RVC) and epiretinal membrane peeling. Robot-assisted eye surgery technology provides ophthalmologists with advanced capabilities such as hand tremor cancellation, hand motion scaling, and safety constraints that enable them to perform these otherwise challenging and high-risk surgeries with high precision and safety. Steady-Hand Eye Robot (SHER) with cooperative control mode can filter out surgeon’s hand tremor, yet another important safety feature, that is, minimizing the contact force between the surgical instrument and sclera surface for avoiding tissue damage cannot be met in this control mode. Also, other capabilities, such as hand motion scaling and haptic feedback, require a teleoperation control framework. In this work, for the first time, we implemented a teleoperation control mode incorporated with an adaptive sclera force control algorithm using a PHANTOM Omni haptic device and a force-sensing surgical instrument equipped with Fiber Bragg Grating (FBG) sensors attached to the SHER 2.1 end-effector. This adaptive sclera force control algorithm allows the robot to dynamically minimize the tool-sclera contact force. Moreover, for the first time, we compared the performance of the proposed adaptive teleoperation mode with the cooperative mode by conducting a vessel-following experiment inside an eye phantom under a microscope.
arxiv情報
| 著者 | Mojtaba Esfandiari,Ji Woong Kim,Botao Zhao,Golchehr Amirkhani,Muhammad Hadi,Peter Gehlbach,Russell H. Taylor,Iulian Iordachita |
| 発行日 | 2023-12-04 05:18:17+00:00 |
| arxivサイト | arxiv_id(pdf) |