Bimanual Manipulation of Steady Hand Eye Robots with Adaptive Sclera Force Control: Cooperative vs. Teleoperation Strategies

要約

網膜静脈閉塞症 (RVO) の潜在的な治療法として、網膜静脈カニューレ挿入術 (RVC) などの複雑な眼の顕微手術を、手術用ロボット システムの支援なしで安全に行うことは非常に困難です。
主な制限は、外科医の生理的な手の震えに関係しています。
ロボット支援眼科手術技術は、手の震えや疲労の問題を解決し、RVC の安全性と精度を向上させる可能性があります。
Steady-Hand Eye Robot (SHER) は、手の震えを除去し、眼科医が協力して眼内の手術器具を操作できるようにするアドミタンスベースのロボット システムです。
しかし、アドミッタンスベースの協調制御モードは、組織の損傷を防ぐために手術器具と強膜表面の間の接触力を最小限に抑えるなど、重要な安全性の考慮事項には対応していません。
適応性強膜力制御アルゴリズムは、FBG ベースの力感知ツールを使用してツールと強膜の相互作用力を測定し、最小化することにより、この制限に対処するために提案されました。
さらに、手術の安全性と精度を向上させることができる触覚フィードバックや手の動きのスケーリングなどの機能には、遠隔操作制御フレームワークが必要です。
SHER 2.0 および SHER 2.1 を使用して双手動適応遠隔操作 (BMAT) 制御モードを実装し、その性能を双手動適応協調 (BMAC) モードと比較しました。
BMAT モードと BMAC モードは両方とも、手術用顕微鏡下での血管追跡実験中に、座位と立位の姿勢でテストされました。
ロボット支援網膜手術における我々の知る限りでは、適応強膜力制御アルゴリズムと両手遠隔操作フレームワークを統合することで、外科医が目を過度に伸ばすことなく安全に両手遠隔操作を実行できることが初めて示されました。
2 台のロボット間に登録がない場合でも。

要約(オリジナル)

Performing intricate eye microsurgery, such as retinal vein cannulation (RVC), as a potential treatment for retinal vein occlusion (RVO), without the assistance of a surgical robotic system is very challenging to do safely. The main limitation has to do with the physiological hand tremor of surgeons. Robot-assisted eye surgery technology may resolve the problems of hand tremors and fatigue and improve the safety and precision of RVC. The Steady-Hand Eye Robot (SHER) is an admittance-based robotic system that can filter out hand tremors and enables ophthalmologists to manipulate a surgical instrument inside the eye cooperatively. However, the admittance-based cooperative control mode does not address crucial safety considerations, such as minimizing contact force between the surgical instrument and the sclera surface to prevent tissue damage. An adaptive sclera force control algorithm was proposed to address this limitation using an FBG-based force-sensing tool to measure and minimize the tool-sclera interaction force. Additionally, features like haptic feedback or hand motion scaling, which can improve the safety and precision of surgery, require a teleoperation control framework. We implemented a bimanual adaptive teleoperation (BMAT) control mode using SHER 2.0 and SHER 2.1 and compared its performance with a bimanual adaptive cooperative (BMAC) mode. Both BMAT and BMAC modes were tested in sitting and standing postures during a vessel-following experiment under a surgical microscope. It is shown, for the first time to the best of our knowledge in robot-assisted retinal surgery, that integrating the adaptive sclera force control algorithm with the bimanual teleoperation framework enables surgeons to safely perform bimanual telemanipulation of the eye without over-stretching it, even in the absence of registration between the two robots.

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