要約
ロボットによる低侵襲手術 (MIS) における自律的な組織操作の一般的な制限は、ツール レベルでの力の感知と制御が欠如していることです。
最近、私たちのチームは、組織操作中に握る力と引っ張る力を同時に測定できる触覚対応鉗子を開発しました。
この設計に基づいて、ここでは制御された把握力と引っ張り力で組織の牽引を自動化する方法をさらに紹介します。
具体的には、把持ステージは制御された把持力に依存し、一方、引張ステージは制御された引張力の誘導下にあります。
特に、引っ張るプロセス中に、力の分離によって達成されるより正確な組織牽引のために、把握力と引っ張り力の両方を同時に制御することも可能になります。
力コントローラーは、触覚対応鉗子と軟組織の間の相互作用を考慮して、組織操作の静的モデルに基づいて構築されています。
この力制御アプローチの有効性は、目標基準力、推定基準力、および実際の基準力を比較する一連の実験を通じて検証されます。
外科的応用における提案された方法の実現可能性を検証するために、双腕ロボットセットアップを使用して体外組織でさまざまな組織切除が行われます。
最後に、さまざまな体外組織切除の比較分析を通じて証明された、組織牽引における複数の力の制御の利点について説明します。
この結果は、複数の力制御を備えたマイクロサイズの鉗子を使用した自動組織牽引の実現可能性を裏付けており、自律的な MIS を促進する可能性を示唆しています。
実験をデモンストレーションするビデオは https://youtu.be/8fe8o8IFrjE でご覧いただけます。
要約(オリジナル)
A common limitation of autonomous tissue manipulation in robotic minimally invasive surgery (MIS) is the absence of force sensing and control at the tool level. Recently, our team has developed haptics-enabled forceps that can simultaneously measure the grasping and pulling forces during tissue manipulation. Based on this design, here we further present a method to automate tissue traction with controlled grasping and pulling forces. Specifically, the grasping stage relies on a controlled grasping force, while the pulling stage is under the guidance of a controlled pulling force. Notably, during the pulling process, the simultaneous control of both grasping and pulling forces is also enabled for more precise tissue traction, achieved through force decoupling. The force controller is built upon a static model of tissue manipulation, considering the interaction between the haptics-enabled forceps and soft tissue. The efficacy of this force control approach is validated through a series of experiments comparing targeted, estimated, and actual reference forces. To verify the feasibility of the proposed method in surgical applications, various tissue resections are conducted on ex vivo tissues employing a dual-arm robotic setup. Finally, we discuss the benefits of multi-force control in tissue traction, evidenced through comparative analyses of various ex vivo tissue resections. The results affirm the feasibility of implementing automatic tissue traction using micro-sized forceps with multi-force control, suggesting its potential to promote autonomous MIS. A video demonstrating the experiments can be found at https://youtu.be/8fe8o8IFrjE.
arxiv情報
| 著者 | Tangyou Liu,Xiaoyi Wang,Jay Katupitiya,Jiaole Wang,Liao Wu |
| 発行日 | 2024-01-25 05:29:04+00:00 |
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