A Realistic Surgical Simulator for Non-Rigid and Contact-Rich Manipulation in Surgeries with the da Vinci Research Kit

要約

リアルなリアルタイム手術シミュレーターは、手術ロボットの学習と自動化、手術スキルの評価など、手術ロボット研究においてますます重要な役割を果たしています。
研究用の既存の手術シミュレータは数多くありますが、それらには通常、組織の切断や血液の吸引など、手術で一般的に存在するさまざまな種類の物体や接触の多い操作タスクをシミュレートする機能が欠けています。
この研究では、ダ ヴィンチ リサーチ キット (dVRK) 用の PhysX 5 に基づく現実的な手術シミュレーターである CRESSim を紹介します。これにより、さまざまな手術器具、軟組織、体液が関与するさまざまな接触の多い手術タスクをシミュレートできます。
現実世界の dVRK コンソールとマスター ツール マニピュレーター (MTM) ロボットがシステムに組み込まれており、仮想現実 (VR) を介した遠隔操作が可能になります。
シミュレーターの利点と可能性を示すために、組織の把握と変形、血液の吸引、組織の切断を含む 3 つの外科タスクの例を紹介します。
これらのタスクは、VR ベースの遠隔操作を通じて、大型ニードル ドライバー、吸引洗浄器、湾曲ハサミなどの模擬手術器具を使用して実行されます。

要約(オリジナル)

Realistic real-time surgical simulators play an increasingly important role in surgical robotics research, such as surgical robot learning and automation, and surgical skills assessment. Although there are a number of existing surgical simulators for research, they generally lack the ability to simulate the diverse types of objects and contact-rich manipulation tasks typically present in surgeries, such as tissue cutting and blood suction. In this work, we introduce CRESSim, a realistic surgical simulator based on PhysX 5 for the da Vinci Research Kit (dVRK) that enables simulating various contact-rich surgical tasks involving different surgical instruments, soft tissue, and body fluids. The real-world dVRK console and the master tool manipulator (MTM) robots are incorporated into the system to allow for teleoperation through virtual reality (VR). To showcase the advantages and potentials of the simulator, we present three examples of surgical tasks, including tissue grasping and deformation, blood suction, and tissue cutting. These tasks are performed using the simulated surgical instruments, including the large needle driver, suction irrigator, and curved scissor, through VR-based teleoperation.

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