Real-time Deformation-aware Control for Autonomous Robotic Subretinal Injection under iOCT Guidance

要約

ロボット プラットフォームは、再現可能で正確なツールの位置決めを提供し、網膜顕微手術を大幅に強化します。
このようなシステムと術中光干渉断層撮影法 (iOCT) を統合すると、画像誘導ロボット介入が可能になり、網膜下空間への治療薬の注入などの高度な治療の可能性を自律的に実行できるようになります。
しかし、ツールと組織の相互作用による組織の変形は、自律型 iOCT 誘導ロボットによる網膜下注射において大きな課題であり、針の正しい位置決め、ひいては手術の結果に影響を与えます。
この論文では、挿入手順中の組織変形を考慮した、iOCT ガイダンスの下で自律的に網膜下に注射するための新しい方法を紹介します。
これは、密にサンプリングされた iOCT B スキャン (B5 スキャンと呼ばれます) からの手術シーンのリアルタイム セグメンテーションと 3D 再構成によって実現され、次の相対位置で定義された仮想ターゲット層に関する器具の位置を監視します。
ILM と RPE。
生体外のブタの眼に関する私たちの実験は、以前の自律的な挿入アプローチと比較して、挿入深さの動的調整と針の位置決めの全体的な精度の向上を実証しました。
以前のアプローチによる網膜下ブレブ生成の成功率が 35% であったのと比較して、私たちが提案した方法では、すべての実験において網膜下ブレブを確実かつ確実に作成できました。

要約(オリジナル)

Robotic platforms provide repeatable and precise tool positioning that significantly enhances retinal microsurgery. Integration of such systems with intraoperative optical coherence tomography (iOCT) enables image-guided robotic interventions, allowing to autonomously perform advanced treatment possibilities, such as injecting therapeutic agents into the subretinal space. Yet, tissue deformations due to tool-tissue interactions are a major challenge in autonomous iOCT-guided robotic subretinal injection, impacting correct needle positioning and, thus, the outcome of the procedure. This paper presents a novel method for autonomous subretinal injection under iOCT guidance that considers tissue deformations during the insertion procedure. This is achieved through real-time segmentation and 3D reconstruction of the surgical scene from densely sampled iOCT B-scans, which we refer to as B5-scans, to monitor the positioning of the instrument regarding a virtual target layer defined at a relative position between the ILM and RPE. Our experiments on ex-vivo porcine eyes demonstrate dynamic adjustment of the insertion depth and overall improved accuracy in needle positioning compared to previous autonomous insertion approaches. Compared to a 35% success rate in subretinal bleb generation with previous approaches, our proposed method reliably and robustly created subretinal blebs in all our experiments.

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