RU2841089C1 - Robot-assisted complex of minimally invasive abdominal surgery for automated execution of operations by methods of local destruction of liver growth - Google Patents
Robot-assisted complex of minimally invasive abdominal surgery for automated execution of operations by methods of local destruction of liver growth Download PDFInfo
- Publication number
- RU2841089C1 RU2841089C1 RU2023134591A RU2023134591A RU2841089C1 RU 2841089 C1 RU2841089 C1 RU 2841089C1 RU 2023134591 A RU2023134591 A RU 2023134591A RU 2023134591 A RU2023134591 A RU 2023134591A RU 2841089 C1 RU2841089 C1 RU 2841089C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- manipulator
- local destruction
- working element
- robot
- movement
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Уровень техники.State of the art.
Применение робот-ассистированных комплексов становится стандартом в современной хирургии. Они уже применяются для лечения широкого спектра заболеваний. В частности для выполнения автоматизированных операций методами локальной деструкции на органах со сложной анатомической архитектоникой, таких как печень, современным робот-ассистированным комплексам необходимо совместное использование таких технологий как сегментация объемных данных, полученных с помощью различных систем медицинской визуализации, стереотаксия, методы численной оптимизации, предварительная симуляция в виртуальной среде, сопоставление изображений различных модальностей и отслеживания перемещений паттернов на видеоряде, что в свою очередь позволит снизить человеческий фактор, особенно при множественных пункциях на крупных новообразованиях.The use of robot-assisted systems is becoming a standard in modern surgery. They are already used to treat a wide range of diseases. In particular, to perform automated operations using local destruction methods on organs with complex anatomical architecture, such as the liver, modern robot-assisted systems require the combined use of such technologies as segmentation of volumetric data obtained using various medical imaging systems, stereotaxy, numerical optimization methods, preliminary simulation in a virtual environment, comparison of images of different modalities and tracking of pattern movements on a video sequence, which in turn will reduce the human factor, especially with multiple punctures on large neoplasms.
Из научно-технической литературы и патентной документации известны патенты: WO 2020034146 A1, RU 2758753 C1, RU 2720830 C1, US 8774901 B2, US 20220142702 A1, RU 2594100 C1, US 20120245914 A1, CN 103970988 B, CN 113456229 А, CN 103371870 A, JP 5933723 B2, US 8267927 B2, CN 110537960 А, US 20200367971 A1, FR 124072 A1. Патентный обзор включает в себя как робот-ассистированные комплексы, так и отдельные технологии, которые могут применяться в данной сфере.The following patents are known from scientific and technical literature and patent documentation: WO 2020034146 A1, RU 2758753 C1, RU 2720830 C1, US 8774901 B2, US 20220142702 A1, RU 2594100 C1, US 20120245914 A1, CN 103970988 B, CN 113456229 A, CN 103371870 A, JP 5933723 B2, US 8267927 B2, CN 110537960 A, US 20200367971 A1, FR 124072 A1. The patent review includes both robot-assisted systems and individual technologies that can be used in this area.
Патент WO 2020034146 A1 от февраля 2020 года, принадлежащий Zhangjiagang Institute of Industrial Technologies Soochow University, описывает транс-абдоминальную минимально инвазивную хирургическую систему. Данная система состоит из стойки, на которой смонтированы устройство управления и роботизированные манипуляторы. Ключевой особенностью является тот факт, что разработчики заявляют об использовании, как минимум, трех манипуляторов одновременно.Patent WO 2020034146 A1 from February 2020, owned by Zhangjiagang Institute of Industrial Technologies Soochow University, describes a trans-abdominal minimally invasive surgical system. This system consists of a stand on which a control device and robotic manipulators are mounted. The key feature is the fact that the developers claim to use at least three manipulators simultaneously.
Патент RU 2758753 C1 от апреля 2019, принадлежащий SHANKHAJ MAJKROPORT MEDBOT (GRUP) KO., LTD, описывает роботизированную хирургическую систему, содержащую исполнительный терминал, который включает в себя две инструментальных руки. Первый манипулятор и установленный на нем хирургический инструмент имеют возможность вытягивания тканей внутренних органов, а второй манипулятор и второй хирургический инструмент - возможность выполнения хирургической операции на тканях и органах.Patent RU 2758753 C1 of April 2019, owned by SHANKHAJ MAJKROPORT MEDBOT (GRUP) KO., LTD, describes a robotic surgical system comprising an actuator terminal that includes two instrument arms. The first manipulator and the surgical instrument mounted thereon have the ability to pull out tissues of internal organs, and the second manipulator and the second surgical instrument have the ability to perform a surgical operation on tissues and organs.
Патент RU 2720830 C1 от марта 2020 года, принадлежащий компании Assisted Surgical Technologies LTD, описывает робот-ассистированный хирургический комплекс, способный выполнять как минимально инвазивные операции, так и симуляцию таких операций в виртуальной среде. Одной из целей разработки данной системы являлась возможность лапароскопических операций в режиме копирующего управления через специализированную консоль.Patent RU 2720830 C1 from March 2020, owned by Assisted Surgical Technologies LTD, describes a robot-assisted surgical complex capable of performing both minimally invasive surgeries and simulating such surgeries in a virtual environment. One of the goals of developing this system was the possibility of laparoscopic surgeries in the copy control mode through a specialized console.
Приведенные выше патенты WO 2020034146 A1, RU 2758753 C1 и RU 2720830 C1 представляют устройства, которые могут быть пригодными для операций в абдоминальной полости для выполнения операций методами локальной деструкции, однако, в первую очередь именно наличие копирующего управления является основным отличием от автоматизированного выполнения операций. Данные системы также имеют ряд существенных ограничений для целей автоматизированного выполнения методов локальной деструкции, так как являют собой только роботизированные системы общего назначения и не имеют таких возможностей как, например, отслеживание паттерна новообразования на УЗИ-изображении для компенсации движения, вызванного дыханием пациента, что накладывает дополнительную нагрузку на хирурга, а также отсутствие контроля операционных действий в режиме реального времени с помощью безопасной для пациента и медицинского персонала технологии ультразвуковой диагностики.The above patents WO 2020034146 A1, RU 2758753 C1 and RU 2720830 C1 represent devices that may be suitable for operations in the abdominal cavity for performing operations using local destruction methods, however, first of all, it is the presence of copying control that is the main difference from the automated performance of operations. These systems also have a number of significant limitations for the purposes of automated performance of local destruction methods, since they are only general-purpose robotic systems and do not have such capabilities as, for example, tracking the pattern of a neoplasm on an ultrasound image to compensate for movement caused by the patient's breathing, which imposes an additional burden on the surgeon, as well as the lack of control of surgical actions in real time using ultrasound diagnostic technology that is safe for the patient and medical personnel.
Патент US 8774901 B2 от июля 2014 года, принадлежащий индийской компании Perfint Healthcare Private Limited, описывает методику позиционирования иглы для биопсии на базе полученных заранее данных компьютерной томографии. Заявленным изобретением является методика позиционирования медицинских инструментов и уменьшение числа проколов, что должно уменьшить время операционного вмешательства и дискомфорт для пациента. Точка ввода иглы может быть выбрана на изображениях компьютерной томографии, аналогично задается и целевая точка. Методика основана на вычислении контроллером вектора движения от точки входа до целевой точки и передаче полученных данных на манипулятор. Достоинством данной системы является система отслеживания дыхания пациента, однако, применение интраоперационной компьютерной томографии является значимым недостатком, поскольку подвергает пациента дополнительному интраоперационному облучению, которого можно избежать при использовании ультразвуковых аппаратов.Patent US 8774901 B2 of July 2014, owned by the Indian company Perfint Healthcare Private Limited, describes a method for positioning a biopsy needle based on previously obtained CT data. The claimed invention is a method for positioning medical instruments and reducing the number of punctures, which should reduce the time of surgical intervention and discomfort for the patient. The point of entry of the needle can be selected on CT images, and the target point is set similarly. The method is based on the controller calculating the motion vector from the entry point to the target point and transmitting the obtained data to the manipulator. The advantage of this system is the patient's breathing tracking system, however, the use of intraoperative CT is a significant disadvantage, since it exposes the patient to additional intraoperative radiation, which can be avoided by using ultrasound devices.
Патент US 20220142702 А1 от ноября 2021 года, принадлежащий Университету Арканзаса, описывает систему радиочастотной абляции с возможностью компенсации движения, вызванного дыханием. Система представляет собой легковесный комплекс, который закрепляется непосредственно на пациенте. Разработчики сообщают, что в зависимости от пациента, медиана отклонения иглы от центра новообразования может составлять от 0,64 до 1,22 мм, что можно считать достаточно низкой погрешностью, поскольку при проведении радиочастотной абляции зачастую выжиганию подвергается и часть здоровой ткани для предотвращения повторного появления новообразования.Patent US 20220142702 A1 from November 2021, owned by the University of Arkansas, describes a radiofrequency ablation system with the ability to compensate for breathing-induced motion. The system is a lightweight complex that is attached directly to the patient. The developers report that, depending on the patient, the median deviation of the needle from the center of the tumor can be from 0.64 to 1.22 mm, which can be considered a fairly low error, since during radiofrequency ablation, part of the healthy tissue is often burned to prevent the reappearance of the tumor.
Патент RU 2594100 C1 от мая 2015 года, описывает создание полностью автоматизированной технологии для проведения пункционной биопсии. В предлагаемом роботизированном комплексе, полученные при помощи компьютерной томографии срезы очагового образования направляются в систему управления комплекса, осуществляющего минимально инвазивное хирургическое вмешательство, при этом посредством компьютерной системы выполняется разметка хода и моделирование пункционной биопсии, а полученные КТ-срезы очагового образования в трехмерной проекции подвергаются компьютерному анализу с целью автоматизированного установления оптимальных параметров. Для проведения соответствующего операционного вмешательства, на всем протяжении, которого томографом осуществляется его сканирование и проецирование его хода на монитор компьютерной системы.Patent RU 2594100 C1 from May 2015 describes the creation of a fully automated technology for performing a puncture biopsy. In the proposed robotic complex, sections of a focal lesion obtained using computed tomography are sent to the control system of the complex, which carries out minimally invasive surgical intervention, while the computer system is used to mark the course and model the puncture biopsy, and the obtained CT sections of the focal lesion in a three-dimensional projection are subject to computer analysis for the purpose of automatically establishing optimal parameters. To carry out the corresponding surgical intervention, the tomograph scans it throughout its entire length and projects its course onto the computer system monitor.
Описанная выше группа патентов US 8774901 B2, US 20220142702 A1, RU 2594100 C1 выделяется особенностью автоматизированного проведения хирургических операций и операционных вмешательств, однако, ни один из них не использует широкий спектр дополнительных технологий, призванных повысить качество проведения операций и удобство для медицинского персонала, которые возможно применять в данной сфере. В частности, использование многомодальной медицинской визуализации и контроля смещения опухоли в реальном времени. Также недостатком можно считать тот факт, что пациент помещается в аппарат интраоперационной компьютерной томографии и, как следствие, подвергается дополнительному радиационному облучению.The above-described group of patents US 8774901 B2, US 20220142702 A1, RU 2594100 C1 is distinguished by the feature of automated surgical operations and surgical interventions, however, none of them uses a wide range of additional technologies designed to improve the quality of operations and convenience for medical personnel, which can be used in this area. In particular, the use of multimodal medical imaging and real-time tumor displacement monitoring. Another disadvantage is the fact that the patient is placed in an intraoperative computed tomography device and, as a result, is exposed to additional radiation.
Также представляет интерес группа патентов, которые не описывают комплексы в целом, но описывают технологии, которые могут являться его составными частями - они представлены ниже.Also of interest is a group of patents that do not describe the complexes as a whole, but describe technologies that may be its constituent parts - they are presented below.
Патент US 20120245914 A1 от октября 2010 года, принадлежащий компании Siemens AG, описывает систему позиционирования полой иглы на изображениях таких средств диагностики, как компьютерная томография, магнитно-резонансная томография и ультразвуковая диагностика. Методика предполагает позиционирование полой иглы относительно костной ткани. Наличие на снимке костей скелета является обязательным условием для работы данной системы, что является и основным ее ограничением, так как, например, при использовании радиочастотной абляции новообразований печени не всегда представляется возможным подобрать ракурс съемки, в котором находились бы одновременно кость и новообразование, с помощью такого метода диагностики, как ультразвуковое исследование.Patent US 20120245914 A1 from October 2010, owned by Siemens AG, describes a system for positioning a hollow needle in images of diagnostic tools such as computed tomography, magnetic resonance imaging and ultrasound diagnostics. The method involves positioning a hollow needle relative to bone tissue. The presence of skeletal bones in the image is a mandatory condition for the operation of this system, which is also its main limitation, since, for example, when using radiofrequency ablation of liver tumors, it is not always possible to select a shooting angle in which both the bone and the tumor would be located simultaneously, using a diagnostic method such as ultrasound examination.
Патент CN 113456229 А от марта 2020 года, принадлежащий Beijing Turing Minimally Invasive Medical Technology Co Ltd, описывает роботизированную систему для хирургии в абдоминальной полости. Основной идеей является применение голосового управления. Устройство распознавания речи получает и обрабатывает голосовые данные оперирующего персонала, результат обработки которых передается в виде команд в контроллер управления роботизированной системы. Также система предполагает наличие устройства визуальной навигации, суть работы которого основана на распознавании изображения, полученного при проведении лапароскопической операции.Patent CN 113456229 A of March 2020, owned by Beijing Turing Minimally Invasive Medical Technology Co Ltd, describes a robotic system for abdominal surgery. The main idea is the use of voice control. The speech recognition device receives and processes the voice data of the operating personnel, the processing result of which is transmitted in the form of commands to the control controller of the robotic system. The system also assumes the presence of a visual navigation device, the essence of which is based on the recognition of the image obtained during laparoscopic surgery.
Патент CN 103371870 А от июля 2013 года, принадлежащий Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS, описывает систему регистрации данных, полученных перед операцией, таких как компьютерная томография, либо магнитно-резонансная томография, с данными полученными в реальном времени с помощью аппарата ультразвуковой диагностики и платы видеозахвата. Таким образом, наложенные друг на друга изображения позволяют хирургу во время операции получать качественное изображение интересующей области.Patent CN 103371870 A, issued in July 2013 by Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS, describes a system for registering pre-operative data such as computed tomography or magnetic resonance imaging with real-time data obtained by an ultrasound machine and a video capture board. The superimposed images thus enable the surgeon to obtain a high-quality image of the area of interest during surgery.
Патент JP 5933723 B2 от 15 июня 2016 года, принадлежащий Philips NV, описывает устройство планирования абляций на новообразованиях печени. Система состоит из вычислительного устройства, устройства с графическим интерфейсом и устройства для передачи и отображения информации. Определенная заранее путем мануального сегментирования опухоль используется для вычисления безопасной области путем увеличения размера опухоли. Система позволяет проводить моделирование контура абляции для определенного положения электрода.Patent JP 5933723 B2 of June 15, 2016, owned by Philips NV, describes a device for planning ablation of liver tumors. The system consists of a computing device, a device with a graphical interface and a device for transmitting and displaying information. The tumor, previously determined by manual segmentation, is used to calculate the safe area by increasing the tumor size. The system allows for modeling the ablation contour for a certain electrode position.
Патент US 8267927 B2 от 18 сентября 2012 года, принадлежащий Philips NV, описывает процедуру планирования целевого объема абляции и положения зон абляции. Описан метод планирования зон абляции, включающий определение минимально необходимого количества зон абляции в виде эллипсоидов по базе знаний. Также описан поиск точки ввода электрода на коже пациента посредством алгоритма марширующего луча.US Patent 8267927 B2 of September 18, 2012, owned by Philips NV, describes a procedure for planning a target ablation volume and the position of ablation zones. A method for planning ablation zones is described, including determining the minimum required number of ablation zones in the form of ellipsoids using a knowledge base. A search for an electrode insertion point on the patient's skin using a beam marching algorithm is also described.
Патент CN 110537960 А от 6 декабря 2019 года, Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd, описывает способ определения траектории прокола для системы роботизированной хирургии. Способ включает следующие этапы: получение медицинского изображения целевой структуры, воссоздание трехмерной модели целевой структуры по медицинскому изображению. Построение множества виртуальных путей прокола, проходящих через целевую структуру и выбранную область поверхности тела, через которую должен быть введен инструмент. Итогом является выбор по меньшей мере одного виртуального пути пункции, удовлетворяющего ограничительным условиям, из множества виртуальных путей, при этом ограничивающие условия включают в себя то, что целевой путь пункции не проходит через другие анатомические структуры, такие как кровеносные сосуды и нервы.Patent CN 110537960 A, dated December 6, 2019, Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd, describes a method for determining a puncture trajectory for a robotic surgery system. The method includes the following steps: obtaining a medical image of a target structure, reconstructing a three-dimensional model of the target structure from the medical image. Constructing a plurality of virtual puncture paths passing through the target structure and a selected area of the body surface through which the instrument is to be inserted. The result is selecting at least one virtual puncture path satisfying constraints from a plurality of virtual paths, wherein the constraints include that the target puncture path does not pass through other anatomical structures, such as blood vessels and nerves.
Патент CN 103970988 В от апреля 2014 года, принадлежащий Chinese PLA General Hospital, описывает методику построения пути медицинского инструмента для абляции. Процедура планирования траектории ввода иглы имеет важное значение, поскольку может позволить снизить травматизм внутренних органов пациента и, как следствие, снизить сроки послеоперационного восстановления. Более того, данная задача усложняется ввиду потенциального наличия на самом коротком пути крупных сосудов, либо костных тканей. Предложенная система позволяет построить путь до центра опухоли с использованием виртуальных ограничителей, что позволит обойти крупные сосуды и кости, снимая данную задачу с медицинского персонала. Таким образом, данная система позволяет оптимизировать предоперационное планирование, а также улучшить качество проведения операции в целом.Patent CN 103970988 B of April 2014, owned by Chinese PLA General Hospital, describes a method for constructing a path for a medical instrument for ablation. The procedure for planning the trajectory of needle insertion is important because it can reduce trauma to the patient's internal organs and, as a result, reduce the postoperative recovery time. Moreover, this task is complicated by the potential presence of large vessels or bone tissue on the shortest path. The proposed system allows you to build a path to the center of the tumor using virtual limiters, which will allow you to bypass large vessels and bones, removing this task from the medical staff. Thus, this system allows you to optimize preoperative planning, as well as improve the quality of the operation as a whole.
Патент US 20200367971 A1 от 26 ноября 2020 года, Shanghai Jiaotong University, относится к компьютерной технологии предоперационного планирования и описывает метод предоперационного планирования абляции на основе многомодальных данных, замораживания жидким азотом с последующим радиочастотным нагревом с помощью игольчатого зонда и устройства для него, которое может автоматически обеспечивать планирование локальной абляции. Изобретение включает с себя метод предоперационного планирования с учетом затрагивания критических анатомических структур и оценки достижимости условия устранения опухоли процедурой абляции.Patent US 20200367971 A1, dated November 26, 2020, Shanghai Jiaotong University, relates to computer technology for preoperative planning and describes a method for preoperative ablation planning based on multimodal data, freezing with liquid nitrogen followed by radiofrequency heating using a needle probe and a device for it, which can automatically provide local ablation planning. The invention includes a method for preoperative planning taking into account the involvement of critical anatomical structures and assessing the achievability of the tumor elimination condition by the ablation procedure.
Описанные выше патенты JP 5933723 B2, US 8267927 B2, CN 110537960 А, US 20200367971 A1 описывают различные подходы к автоматизации предоперационного планирования локальной деструкции опухолей, однако, общим недостатком является низкий уровень автоматизации процесса планирования, так как ряд этапов осуществляется мануально. Также не приведены метрики, однозначно определяющие качество выбранных позиций зон локальной деструкции и точек ввода инструмента.The above-described patents JP 5933723 B2, US 8267927 B2, CN 110537960 A, US 20200367971 A1 describe various approaches to automating preoperative planning of local tumor destruction, however, a common drawback is the low level of automation of the planning process, since a number of stages are performed manually. Also, metrics that clearly determine the quality of the selected positions of local destruction zones and instrument entry points are not provided.
Ближайшим аналогом предлагаемой к патентованию системы является патент FR 3124072 A1 от 23 декабря 2022 года, принадлежащий компании Quantum Surgical. Данный патент описывает роботизированную хирургическую систему Epione, предназначенную для радиочастотной абляции новообразований не только органов абдоминальной полости, но и легких. Система включает в себя манипулятор, с закрепленным ультразвуковым трансдьюсером и направляющей для мануального введения медицинского инструмента - электрода аблятора, систему хирургической навигации, позволяющую определять положение медицинского инструмента, а также блок управления, позволяющий определять давление, оказываемое ультразвуковым датчиком на тело пациента. Данная система включает в себя визуализацию томограмм совмещенных с УЗИ-изображением в плоскости сканирования трансдьюсера, полученных с помощью различных методов диагностики - компьютерной и магнитно-резонансной томографии.The closest analogue of the system proposed for patenting is patent FR 3124072 A1 dated December 23, 2022, owned by Quantum Surgical. This patent describes the Epione robotic surgical system designed for radiofrequency ablation of neoplasms not only of abdominal organs, but also of the lungs. The system includes a manipulator with a fixed ultrasound transducer and a guide for manual insertion of a medical instrument - an ablation electrode, a surgical navigation system that allows determining the position of the medical instrument, as well as a control unit that allows determining the pressure exerted by the ultrasound sensor on the patient's body. This system includes visualization of tomograms combined with an ultrasound image in the scanning plane of the transducer, obtained using various diagnostic methods - computed tomography and magnetic resonance imaging.
Проведенный патентный поиск показал, что на данный момент не существует робот-ассистированных комплексов для автоматизированного выполнения операций методами локальной деструкции, который включал бы в себя одновременно такие возможности, как предварительная симуляция на основе алгоритмов автоматизированного определения оптимального положения рабочей области и оптимальных траекторий движения инструментов локальной деструкции с учетом кинематических ограничений манипулятора, многомодальная визуализация данных на этапах предварительного планирования, интраоперационной подготовки и исполнения операции, роботизация введения инструментов локальной деструкции при помощи специализированного рабочего органа с по меньшей мере двумя дополнительными степенями подвижности, под контролем системы хирургической навигации и алгоритмов технического зрения для определения и отслеживания целевой области на УЗИ изображениях.The conducted patent search showed that at the moment there are no robot-assisted complexes for automated performance of operations by local destruction methods, which would simultaneously include such capabilities as preliminary simulation based on algorithms for automated determination of the optimal position of the working area and optimal trajectories of movement of local destruction instruments taking into account the kinematic limitations of the manipulator, multimodal visualization of data at the stages of preliminary planning, intraoperative preparation and execution of the operation, robotization of the introduction of local destruction instruments using a specialized working element with at least two additional degrees of mobility, under the control of a surgical navigation system and algorithms of technical vision for determining and tracking the target area in ultrasound images.
Раскрытие изобретения.Disclosure of invention.
Предлагаемое к патентованию изобретение направлено на реализацию задачи автоматизированного выполнения локальной деструкции новообразований внутренних органов абдоминальной полости. На фигуре 1 показана общая структура элементов, необходимых для функционирования робот-ассистированного комплекса минимально инвазивной абдоминальной хирургии для автоматизированного выполнения операций методами локальной деструкции. Робот-ассистированная операция выполняется в виде последовательности действий, которая может быть разделена на три этапа: предоперационное планирование, интраоперационная подготовка и исполнение операции. К этапу планирования относятся такие шаги, как определение оптимального положения медицинских инструментов в рабочей области, определение оптимального положения рабочей области относительно робота. К этапу подготовки относятся определение актуального положения рабочей области относительно робота и верификация плана операции. Этап исполнения включает движение робота по запланированным траекториям, введение медицинского инструмента локальной деструкции (далее медицинский инструмент) 105 и проведение локальной деструкции целевой области 102.The invention proposed for patenting is aimed at implementing the task of automated local destruction of neoplasms of the internal organs of the abdominal cavity. Figure 1 shows the general structure of the elements necessary for the functioning of the robot-assisted complex of minimally invasive abdominal surgery for automated performance of operations using local destruction methods. The robot-assisted operation is performed as a sequence of actions that can be divided into three stages: preoperative planning, intraoperative preparation and execution of the operation. The planning stage includes such steps as determining the optimal position of the medical instruments in the work area, determining the optimal position of the work area relative to the robot. The preparation stage includes determining the current position of the work area relative to the robot and verification of the operation plan. The execution stage includes the movement of the robot along the planned trajectories, the introduction of the medical instrument of local destruction (hereinafter the medical instrument) 105 and performing local destruction of the target area 102.
Робот-ассистированный комплекс минимально инвазивной абдоминальной хирургии для автоматизированного выполнения операций методами локальной деструкции включает в себя систему хирургической навигации 109, аппарат локальной деструкции 117, УЗИ-аппарат 114, манипулятор (шарнирный робот для совместной работы с человеком) обладающий по меньшей мере шестью степенями подвижности, далее - манипулятор 106 с закрепленным на монтажной поверхности рабочим органом 107 имеющим по меньшей мере две дополнительные степени подвижности, включающим трансдьюсер 601 УЗИ-аппарата 114, и имеющим возможность закрепления медицинского инструмента 105, хирургический стол 110, жестко соединенный станиной 115 с манипулятором 106, и сервер управления и обработки данных 111 соединенный с системой хирургической навигации 109, манипулятором 106 посредством контроллера манипулятора 116, рабочим органом 107 и с УЗИ-аппаратом 114, и имеющий возможность ввода и вывода информации на графическое устройство ввода- вывода 113 с интерфейсом пользователя. На фигуре 7 показана структурная схема обмена данными между устройствами в составе комплекса. Общий алгоритм исполнения операции представлен на фигуре 8. Отдельные компоненты алгоритма исполнения операции представлены на фигурах 9, 10, 11, 12 и 13.A robot-assisted minimally invasive abdominal surgery complex for automated performance of operations using local destruction methods includes a surgical navigation system 109, a local destruction apparatus 117, an ultrasound apparatus 114, a manipulator (an articulated robot for joint work with a person) having at least six degrees of mobility, hereinafter referred to as a manipulator 106 with a working element 107 fixed to a mounting surface having at least two additional degrees of mobility, including a transducer 601 of the ultrasound apparatus 114, and having the ability to fix a medical instrument 105, a surgical table 110 rigidly connected by a frame 115 to the manipulator 106, and a control and data processing server 111 connected to the surgical navigation system 109, the manipulator 106 via a manipulator controller 116, the working element 107 and with Ultrasound apparatus 114, and having the ability to input and output information to the graphical input-output device 113 with a user interface. Figure 7 shows a structural diagram of data exchange between devices within the complex. The general algorithm for performing the operation is presented in Figure 8. Individual components of the algorithm for performing the operation are presented in Figures 9, 10, 11, 12 and 13.
Этап предоперационного планированияPreoperative planning stage
В качестве первого шага этапа предоперационного планирования выступает выбор целевой области 102, подвергаемой локальной деструкции и предполагаемой зоны введения медицинского инструмента. Целевая область 102 и допустимая зона для введения 112 выделяются из трехмерных вексельных данных рабочей области 104, полученных на основе компьютерной, магнитно-резонансной или позитронно-эмиссионной томографии 101. Задача алгоритма - разместить зоны локальной деструкции так, чтобы воксели целевой области 102 были полностью перекрыты, а здоровые ткани, по возможности, были затронуты минимально. Для этого целевая область 102 разделяется на геометрически подобные части - кластеры 201, путем регулировки количества зон локальной деструкции 202, их положения и радиусов. Для автоматизации процесса кластеризации используется алгоритм KMeans. Далее определяются радиусы зон локальной деструкции 202, необходимые для покрытия кластера 201, для чего вычисляется расстояние до каждого вокселя от центра кластера 204, а затем выбирается тот воксель, расстояние до которого максимально. Это расстояние считается минимальным необходимым радиусом 212. Операция повторяется для каждого кластера с целью получения набора зон локальной деструкции 202, необходимых для полного перекрытия целевой области 102, после чего увеличиваются на заданный запас 211, образуя увеличенную зону локальной деструкции 203. Из полученных радиусов выбирается максимальный, чтобы проверить, принадлежит ли он заданному диапазону. Если радиус выходит за определенную верхнюю границу, количество кластеров увеличивается на 1; если он выходит за нижнюю границу, он уменьшается на 1 до тех пор, пока число кластеров не станет равным 1 или пока радиус не будет принадлежать диапазону.The first step of the preoperative planning stage is the selection of the target area 102 subjected to local destruction and the expected zone of introduction of the medical instrument. The target area 102 and the permissible zone for introduction 112 are selected from three-dimensional voxel data of the working area 104 obtained on the basis of computer, magnetic resonance or positron emission tomography 101. The task of the algorithm is to place the zones of local destruction so that the voxels of the target area 102 are completely covered, and healthy tissues are affected minimally, if possible. For this purpose, the target area 102 is divided into geometrically similar parts - clusters 201, by adjusting the number of zones of local destruction 202, their position and radii. The KMeans algorithm is used to automate the clustering process. Next, the radii of the local destruction zones 202 required to cover the cluster 201 are determined by calculating the distance to each voxel from the center of the cluster 204, and then selecting the voxel with the maximum distance. This distance is considered the minimum required radius 212. The operation is repeated for each cluster to obtain a set of local destruction zones 202 required to completely cover the target area 102, after which they are increased by a specified margin 211, forming an increased local destruction zone 203. Of the obtained radii, the maximum is selected to check whether it belongs to a specified range. If the radius is beyond a certain upper limit, the number of clusters is increased by 1; if it is beyond a certain lower limit, it is decreased by 1 until the number of clusters equals 1 or until the radius belongs to the range.
Для выявленных кластеров производится нахождение такого положения медицинского инструмента 105, чтобы он не задевал критические структуры 205 (такие как кости или сосуды). Задача алгоритма второго шага - найти наилучшую позицию медицинского инструмента 105, удовлетворяющую ограничениям, определяемым заданными метриками, таким образом избегая пересечения критических структур 205 и других медицинских инструментов 209.For the identified clusters, a position of the medical instrument 105 is found so that it does not touch critical structures 205 (such as bones or vessels). The task of the second step algorithm is to find the best position of the medical instrument 105 that satisfies the constraints defined by the given metrics, thus avoiding the intersection of critical structures 205 and other medical instruments 209.
На фигуре 2 показано минимальное расстояние 207 от ближайшего вокселя 213 критической структуры 205 до оси медицинского инструмента 105, угол а (206) между прямой, образуемой ближайшим к медицинскому инструменту 105 вокселем 213 критических структур 205 и целевой позицией центра кластера 204, и прямой, образуемой целевой позицией центра кластера 204 и точкой ввода 208 на допустимой зоне для введения 112. Также показана нежелательная точка ввода 214 на допустимой зоне для введения 112, пересекающая критическую структуру 205. Для расчета первой метрики расстояния от оси траектории медицинского инструмента 105 до вокселя критической структуры 205 используются координаты трех точек, которые образуют треугольник в пространстве: координаты точки вокселя критической структуры 213, точки введения 208 медицинского инструмента 105 и точки центра 204 кластера целевой области 201. Высота h (207) от вершины В (213) до прямой, образуемой целевой позицией центра кластера С (204) и точкой ввода Т (208) на допустимой зоне для введения 112 считается расстоянием от оси траектории до ближайшего вокселя критической структуры и рассчитывается по формуле Герона для расчета площади треугольника по трем сторонам, где р - полупериметр.Figure 2 shows the minimum distance 207 from the nearest voxel 213 of the critical structure 205 to the axis of the medical instrument 105, the angle a (206) between the line formed by the nearest voxel 213 of the critical structures 205 to the medical instrument 105 and the target position of the center of the cluster 204, and the line formed by the target position of the center of the cluster 204 and the entry point 208 on the allowable zone for entry 112. An undesirable entry point 214 on the allowable zone for entry 112 that intersects the critical structure 205 is also shown. To calculate the first metric of the distance from the axis of the trajectory of the medical instrument 105 to the voxel of the critical structure 205, the coordinates of three points that form a triangle in space are used: the coordinates of the point of the voxel of the critical structure 213, the entry point 208 of the medical instrument 105 and the point of the center 204 of the cluster of the target area 201. The height h (207) from the vertex B (213) to the line formed by the target position of the cluster center C (204) and the input point T (208) in the permissible zone for input 112 is considered the distance from the trajectory axis to the nearest voxel of the critical structure and is calculated using Heron's formula for calculating the area of a triangle by three sides, where p is the semiperimeter.
Расчет второй метрики косинуса угла α (206) между прямыми основан на тех же точках В (213), Т (208) и С (204) и ее значение является результатом скалярного произведения нормализованных векторов СТ и СВ, которое представляет собой значение косинуса угла между прямыми. По углу между прямыми определяется пересечение траектории медицинского инструмента 105 с критическими структурами 205. Значение метрики определяется по следующей формуле скалярного произведения единичных векторов:The calculation of the second metric of the cosine of the angle α (206) between the lines is based on the same points B (213), T (208) and C (204) and its value is the result of the scalar product of the normalized vectors CT and CB, which is the value of the cosine of the angle between the lines. The angle between the lines determines the intersection of the trajectory of the medical instrument 105 with the critical structures 205. The value of the metric is determined by the following formula for the scalar product of unit vectors:
Для определения того, насколько хорошо подходит позиция, вычисляется значение метрик для каждого вокселя критических структур 205 для заданной траектории медицинского инструмента 105. Из полученных значений первой метрики выбирается воксель с наименьшим значением, а второй метрики с наибольшим значением при помощи решения задачи оптимизации, в которой значение первой целевой функции максимизируется, а значение второй минимизируется. При этом определяются воксели критических структур 205, которые расположены максимально близко к траектории медицинского инструмента 105.To determine how well the position fits, the metric value is calculated for each voxel of the critical structures 205 for a given trajectory of the medical instrument 105. From the obtained values of the first metric, the voxel with the smallest value is selected, and the second metric with the largest value is selected by solving an optimization problem in which the value of the first objective function is maximized, and the value of the second is minimized. In this case, the voxels of the critical structures 205 are determined, which are located as close as possible to the trajectory of the medical instrument 105.
При установке нескольких медицинских инструментов и одновременно учитывается их пересечение путем решения задачи многомерной оптимизации:When installing several medical instruments, their intersection is taken into account simultaneously by solving a multidimensional optimization problem:
Пусть медицинский инструмент задан отрезком (точки Т и С). В этом случае любая точка Р на отрезке находится:Let a medical instrument be defined by a segment (points T and C). In this case, any point P on the segment is located:
где αi ∈ [0;1], i=0,…, k где k - количество отрезков.where α i ∈ [0;1], i=0,…, k where k is the number of segments.
Таким образом, выбирается два медицинских инструмента и находится расстояние между точками, принадлежащими их отрезкам, с помощью следующей функции:Thus, two medical instruments are selected and the distance between the points belonging to their segments is found using the following function:
где j=0,…, k, i≠j.where j=0,…, k, i≠j.
Минимум полученной функции определяется с помощью симплекс-метода Нелдера-Мида, а полученное расстояние проверяется на наличие пересечения с учетом диаметра медицинского инструмента 215 и заданного запаса расстояния 210. Находится точка, которая принадлежит допустимой зоне для введения 112 с таким условием, чтобы прямая проходящая через нее и центр кластера целевой области 204 не пересекала критические структуры 205 и другие медицинские инструменты 209.The minimum of the obtained function is determined using the Nelder-Mead simplex method, and the obtained distance is checked for intersection taking into account the diameter of the medical instrument 215 and the specified distance reserve 210. A point is found that belongs to the permissible zone for insertion 112 with the condition that the straight line passing through it and the center of the cluster of the target region 204 does not intersect critical structures 205 and other medical instruments 209.
Как показано на фигуре 4, полученные положения медицинских инструментов визуализируются в виртуальном пространстве интерфейса пользователя на сервере управления и обработки 111 данных вместе с трехмерными вексельными данными рабочей области 103. Эта визуализация позволяет отобразить взаимное расположение рабочей области 103 и медицинских инструментов с точки зрения различных ракурсов и сечений. Помимо этого, на визуализации в интерфейсе пользователя хирург имеет возможность скорректировать расположение медицинского инструмента 105.As shown in figure 4, the obtained positions of the medical instruments are visualized in the virtual space of the user interface on the data management and processing server 111 together with the three-dimensional bill of materials data of the working area 103. This visualization allows displaying the relative position of the working area 103 and the medical instruments from the point of view of various angles and sections. In addition, the surgeon has the opportunity to correct the position of the medical instrument 105 on the visualization in the user interface.
В качестве второго шага этапа предоперационного планирования выступает определение оптимального положения рабочей области 103 относительно манипулятора 106. Определение оптимального положения рабочей области 103 производится путем поиска такого положения воксельных данных рабочей области 104 в заданных границах 402, при котором обобщенные координаты виртуальной модели манипулятора 401 на всей траектории наиболее приближены к центрам допустимых диапазонов обобщенных координат 304. В качестве оценки расстояния до центра допустимого диапазона используется сумма квадратов разностей между обобщенными координатами и центрами диапазонов для всех точек траектории.The second step of the pre-operational planning stage is the determination of the optimal position of the working area 103 relative to the manipulator 106. The determination of the optimal position of the working area 103 is performed by searching for such a position of the voxel data of the working area 104 within the specified boundaries 402, at which the generalized coordinates of the virtual model of the manipulator 401 along the entire trajectory are closest to the centers of the permissible ranges of the generalized coordinates 304. The sum of the squares of the differences between the generalized coordinates and the centers of the ranges for all points of the trajectory is used as an estimate of the distance to the center of the permissible range.
Для получения F∑ - оценки суммарной разницы - проводятся следующие шаги: для всех точек траектории решается обратная задача кинематики по положению с учетом геометрических характеристик рабочего органа 107 и актуального проверяемого положения рабочей области и определяется значение обобщенной координат gi 301. Для каждого решения для всех обобщенных координат производится оценка расхождения 302 между центром допустимого диапазона mi 304 и актуальным значением обобщенной координаты gi,j. Центр допустимого диапазона mi 304 находится между верхней границей допустимого диапазона 303 и нижней границей допустимого диапазона 305.To obtain F ∑ - the estimate of the total difference - the following steps are performed: for all points of the trajectory, the inverse kinematics problem is solved for the position taking into account the geometric characteristics of the working element 107 and the current checked position of the working area and the value of the generalized coordinates g i 301 is determined. For each solution for all generalized coordinates, the discrepancy 302 between the center of the permissible range m i 304 and the current value of the generalized coordinate g i,j is estimated. The center of the permissible range m i 304 is between the upper limit of the permissible range 303 and the lower limit of the permissible range 305.
На фигуре 3 показан пример графика изменения обобщенной координаты от номера точки траектории t. По оси абсцисс 306 - номер точки, по оси ординат 307 - значение обобщенной координаты. На фигуре отмечено значение разницы между центром допустимого диапазона 304 и актуальным значением обобщенной координаты 301.Figure 3 shows an example of a graph of the change in the generalized coordinate from the trajectory point number t. The point number is on the abscissa axis 306, and the generalized coordinate value is on the ordinate axis 307. The figure shows the difference between the center of the permissible range 304 and the current value of the generalized coordinate 301.
Полученные таким образом значение оценки расхождения используются для нахождения такого положения рабочей области в заданных границах, для которого значение этой оценки оказывается минимальным. Это положение используется как рекомендуемое на следующем этапе.The resulting discrepancy assessment values are used to find the position of the work area within the given boundaries for which the value of this assessment is minimal. This position is used as a recommendation at the next stage.
Этап интраоперационной подготовкиStage of intraoperative preparation
После определения оптимального положения происходит размещение рабочей области 103 относительно манипулятора 106 в рамках первого шага этапа подготовки. Рабочая область 103 размещается в соответствии с рекомендованным положением вексельных данных рабочей области 104, но, так как размещение происходит мануально, ее точное положение является неизвестным. Для того чтобы определить положение рабочей области 103 используется система хирургической навигации 109. Процесс определения положения рабочей области 103 состоит из двух подпроцессов: определение положения рабочей области 103 относительно локальной системы координат системы хирургической навигации 109 и определение положения локальной системы координат системы хирургической навигации 190 относительно основания манипулятора 106.After determining the optimal position, the working area 103 is positioned relative to the manipulator 106 within the first step of the preparation stage. The working area 103 is positioned in accordance with the recommended position of the bill of exchange data of the working area 104, but since the positioning is performed manually, its exact position is unknown. In order to determine the position of the working area 103, the surgical navigation system 109 is used. The process of determining the position of the working area 103 consists of two subprocesses: determining the position of the working area 103 relative to the local coordinate system of the surgical navigation system 109 and determining the position of the local coordinate system of the surgical navigation system 190 relative to the base of the manipulator 106.
Первый подпроцесс выполняется посредством совмещения N точек, заданных на вексельных данных рабочей области 104, с точками, заданными относительно локальной системы координат системы хирургической навигации 109 на рабочей области 103. Первая группа точек (а) задается посредством выбора характеристических элементов на воксельных данных 104, вторая (b) выбирается указательным инструментом системы хирургической навигации 108, при этом обе группы точек указывают на одни и те же анатомические маркеры.The first subprocess is performed by aligning N points defined on the voxel data of the work area 104 with points defined relative to the local coordinate system of the surgical navigation system 109 on the work area 103. The first group of points (a) is defined by selecting characteristic elements on the voxel data 104, the second (b) is selected by the pointing tool of the surgical navigation system 108, whereby both groups of points point to the same anatomical markers.
Второй подпроцесс проводится с использованием рабочего органа 107, закрепленного на манипуляторе 106. Этот рабочий орган 107 откалиброван в системе хирургической навигации 109 таким образом, чтобы центральная точка рабочего органа 606, заданная в системе управления манипулятора 106, совпадает с центральной точкой этого рабочего органа 606 в системе хирургической навигации 109. Манипулятор 106 перемещает рабочий орган 107 в несколько (М) точек в пространстве, выбранных таким образом, чтобы точки не лежали на одной прямой. Для этих точек производится запись их положения относительно основания манипулятора 106 (положения центральной точки рабочего органа 606) (с) и положения относительно локальной системы координат системы хирургической навигации 109 (d).The second subprocess is carried out using the working element 107 fixed on the manipulator 106. This working element 107 is calibrated in the surgical navigation system 109 in such a way that the central point of the working element 606 specified in the control system of the manipulator 106 coincides with the central point of this working element 606 in the surgical navigation system 109. The manipulator 106 moves the working element 107 to several (M) points in space selected in such a way that the points do not lie on one straight line. For these points, their position relative to the base of the manipulator 106 (the position of the central point of the working element 606) (c) and the position relative to the local coordinate system of the surgical navigation system 109 (d) are recorded.
Для обоих подпроцессов производится нахождение таких матриц R_{a,b} и R_{c,d} и векторов v_{a,b} и v_{c,d} что значения W_{a,b} и W_{c,d} минимальны:For both subprocesses, matrices R_{a,b} and R_{c,d} and vectors v_{a,b} and v_{c,d} are found such that the values W_{a,b} and W_{c,d} are minimal:
Найденные пары матрица-вектор (R, v) позволяют определить положение рабочей области 103 относительно основания манипулятора 106.The found matrix-vector pairs (R, v) make it possible to determine the position of the working area 103 relative to the base of the manipulator 106.
Следующим шагом этапа подготовки является проведение предварительной симуляции движения манипулятора 106. Для этого запланированное положение медицинского инструмента 105, положение рабочей области 103 и геометрические характеристики рабочего органа 107 загружаются в компьютерную систему моделирования. В компьютерной системе моделирования операционной виртуальная модель манипулятора 401 совершает заданные перемещения, учитывая положение центральной точки рабочего органа 107. Для этого для всех точек траектории решается обратная задача кинематики по положению. Точки траектории выбираются с такой дискретой, чтобы смоделировать движение манипулятора 106 с заданным ограничением на скорости перемещения рабочего органа 107. Предварительная симуляция позволяет выявить ошибки планирования, способные привести к столкновению между манипулятором 106, рабочим органом 107, оборудованием и рабочей областью 103, или достижение манипулятором 106 ограничений допустимых значений обобщенных координат.The next step of the preparation stage is to perform a preliminary simulation of the movement of the manipulator 106. For this purpose, the planned position of the medical instrument 105, the position of the working area 103 and the geometric characteristics of the working element 107 are loaded into the computer simulation system. In the computer simulation system of the operating room, the virtual model of the manipulator 401 performs the specified movements, taking into account the position of the central point of the working element 107. For this purpose, the inverse kinematics problem is solved for all trajectory points. The trajectory points are selected with such a discreteness as to simulate the movement of the manipulator 106 with a specified limitation on the speed of movement of the working element 107. The preliminary simulation allows identifying planning errors that can lead to a collision between the manipulator 106, the working element 107, the equipment and the working area 103, or reaching the limitations of the permissible values of the generalized coordinates by the manipulator 106.
Процесс предварительной симуляции сопровождается многомодальной визуализацией в пользовательском интерфейсе графического устройства ввода-вывода 113. В рамках этой визуализации происходит отображение трехмерных вексельных данных рабочей области 104 и моделей поверхностей твердотельных объектов, таких как модель манипулятора 401, оборудование или рабочий орган 107. Такая визуализация предоставляет возможность в пространстве одной трехмерной сцены отобразить течение операции, учитывающее взаимное расположение оборудования, рабочего органа 107, манипулятора 106, положение рабочей области 103.The process of preliminary simulation is accompanied by multimodal visualization in the user interface of the graphical input-output device 113. Within the framework of this visualization, three-dimensional bill of materials data of the working area 104 and models of solid objects surfaces, such as the model of the manipulator 401, equipment or working element 107, are displayed. Such visualization provides the opportunity to display the course of the operation in the space of one three-dimensional scene, taking into account the mutual arrangement of the equipment, working element 107, manipulator 106, and the position of the working area 103.
Если на этапе предварительной симуляции выявлены ошибки планирования, то планирование проводится заново, с учетом актуального положения рабочей области 103. Если планирование с актуальным положением рабочей области 103 невозможно, то изменение положения рабочей области 103 производится под контролем хирурга. Если ошибок не выявлено, то наступает этап исполнения операции.If planning errors are detected at the preliminary simulation stage, then planning is performed again, taking into account the current position of the working area 103. If planning with the current position of the working area 103 is impossible, then the position of the working area 103 is changed under the surgeon's control. If no errors are detected, then the stage of performing the operation begins.
Этап исполнения операцииOperation execution stage
В качестве первого шага этапа исполнения выступает перемещение манипулятора 106 с подготовленным рабочим органом 107 в предварительное положение, лежащее на траектории подвода медицинского инструмента 105. Это положение выбирается на траектории подвода так, чтобы во время перемещения в него манипулятор 106 не совершал столкновений с рабочей областью.The first step of the execution stage is the movement of the manipulator 106 with the prepared working element 107 to a preliminary position lying on the approach trajectory of the medical instrument 105. This position is selected on the approach trajectory so that during the movement to it the manipulator 106 does not collide with the working area.
Следующим шагом выступает перемещение манипулятора 106 в рабочую позицию. В зависимости от протокола операции манипулятор 106 либо сам перемещается в целевое положение, либо предоставляет хирургу возможность мануального перемещения.The next step is to move the manipulator 106 to the working position. Depending on the operation protocol, the manipulator 106 either moves itself to the target position or provides the surgeon with the possibility of manual movement.
На фигуре 6 показано схематическое изображение рабочего органа 107, закрепленного на манипуляторе 106. В случае мануального перемещения используется следующая процедура: производится измерение внешних сил и моментов, приложенных к удерживаемому манипулятором 106 рабочему органу 107. Момент, приложенный к оси второй степени подвижности 604 рабочего органа 107 служит для расчета поворота рабочего органа вокруг этой оси. Силы, приложенные к рабочему органу 107, используются для расчета перемещения. На основе этих расчетов определяется новое положение рабочего органа 107. Для этого положения производится проверка на достижимость, и, если положение достижимо, в него производится перемещение. Эта процедура повторяется с заданной частотой до тех пор, пока не будет выполнено условие прекращения движения, например - достижение целевого положения.Figure 6 shows a schematic representation of the working element 107 secured to the manipulator 106. In the case of manual movement, the following procedure is used: external forces and moments applied to the working element 107 held by the manipulator 106 are measured. The moment applied to the axis of the second degree of freedom 604 of the working element 107 is used to calculate the rotation of the working element about this axis. The forces applied to the working element 107 are used to calculate the movement. Based on these calculations, a new position of the working element 107 is determined. A check is made for reachability for this position, and if the position is reachable, movement is performed to it. This procedure is repeated with a given frequency until the condition for stopping the movement is met, for example, the target position is reached.
После достижения рабочей позиции начинается шаг наведения медицинского инструмента 105. Наведение медицинского инструмента 105 производится в плоскости сканирования 602 УЗИ трансдьюсера 601. На УЗИ изображении определяется зона локальной деструкции 202, которая должна находиться в рамках рабочей зоны рабочего органа 603. Для выбранной зоны локальной деструкции 202 решается обратная задача кинематики по положению для рабочего органа 107. Решение обратной задачи кинематики опирается на геометрические характеристики рабочего органа 107, обладающего двумя степенями подвижности 605 и 604.After reaching the working position, the step of guiding the medical instrument 105 begins. Guidance of the medical instrument 105 is performed in the scanning plane 602 of the ultrasound transducer 601. On the ultrasound image, a local destruction zone 202 is determined, which must be within the working zone of the working element 603. For the selected local destruction zone 202, the inverse kinematics problem is solved for the position of the working element 107. The solution to the inverse kinematics problem is based on the geometric characteristics of the working element 107, which has two degrees of mobility 605 and 604.
Полученное решение обратной задачи кинематики для рабочего органа 107 используется сервером управления и обработки данных 111 для наведения рабочего органа 107 на зону локальной деструкции 202. Наведенный рабочий орган 107 начинает автоматизированный ввод медицинского инструмента 105. Благодаря конструкции рабочего органа медицинский инструмент 105 вводится в плоскости сканирования трансдьюсера 602. За счет этого медицинский инструмент 105 виден на УЗИ изображении.The obtained solution of the inverse kinematics problem for the working element 107 is used by the control and data processing server 111 to guide the working element 107 to the local destruction zone 202. The guided working element 107 begins the automated introduction of the medical instrument 105. Due to the design of the working element, the medical instrument 105 is introduced into the scanning plane of the transducer 602. Due to this, the medical instrument 105 is visible on the ultrasound image.
На УЗИ изображении определяется положение кончика медицинского инструмента 501. Во время движения медицинского инструмента 105 положение кончика смещается. На основе собранных в разные моменты времени данных о положении кончика путем экстраполяции строится прогнозируемая траектория движения медицинского инструмента 504. Как показано на фигуре 5, на визуализации в интерфейсе пользователя отображается УЗИ изображение и прогнозируемая траектория движения медицинского инструмента 504, вместе с данными о положении критических структур 205.The ultrasound image determines the position of the tip of the medical instrument 501. During the movement of the medical instrument 105, the position of the tip shifts. Based on the data collected at different points in time about the position of the tip, a predicted trajectory of movement of the medical instrument 504 is constructed by extrapolation. As shown in Figure 5, the ultrasound image and the predicted trajectory of movement of the medical instrument 504 are displayed on the visualization in the user interface, together with data about the position of the critical structures 205.
Интерфейс пользователя, используемый во время операции, позволяет отображать различную информацию, такую как положение вексельных данных рабочей области 103 в общей сцене 403 вместе с виртуальной моделью манипулятора 401, данные УЗИ 404, характеристики движения манипулятора 405, а также такие элементы интерфейса как визуализация структуры (сцены) компьютерной системы моделирования 408, интерфейс настроек компьютерной системы моделирования 407, элементы управляющего интерфейса для исполнения действия в рамках этапов 409 и для переключение этапов 406.The user interface used during the operation allows displaying various information, such as the position of the bill data of the working area 103 in the general scene 403 together with the virtual model of the manipulator 401, ultrasound data 404, characteristics of the movement of the manipulator 405, as well as such interface elements as visualization of the structure (scene) of the computer modeling system 408, the interface of the settings of the computer modeling system 407, elements of the control interface for performing an action within the framework of stages 409 and for switching stages 406.
После достижения медицинским инструментом 105 запланированной зоны локальной деструкции 202 ввод медицинского инструмента 105 прекращается, его положение фиксируется. Медицинский инструмент освобождается из крепления рабочего органа, после чего манипулятор отводит рабочий орган в сторону, оставляя медицинский инструмент 105 в зоне локальной деструкции 202 для последующего воздействия на новообразование при помощи аппарата локальной деструкции 117.After the medical instrument 105 reaches the planned local destruction zone 202, the introduction of the medical instrument 105 is stopped, its position is fixed. The medical instrument is released from the working element fastening, after which the manipulator moves the working element aside, leaving the medical instrument 105 in the local destruction zone 202 for subsequent action on the neoplasm using the local destruction apparatus 117.
Задача изобретения - робот-ассистированное выполнение локальной деструкции в минимально инвазивной абдоминальной хирургии с автоматизацией этапов предварительного планирования, интраоперационной подготовки, а также исполнения операции.The objective of the invention is robot-assisted performance of local destruction in minimally invasive abdominal surgery with automation of the stages of preliminary planning, intraoperative preparation, and also execution of the operation.
Технический результат - повышение качества проведения робот-ассистированных операций, выполняемых методами локальной деструкции новообразований печени, снижение травматичности для пациента и нагрузок для оперирующего персонала.The technical result is an increase in the quality of robot-assisted operations performed using methods of local destruction of liver tumors, a decrease in trauma for the patient and the load on the operating personnel.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается при помощи синергетического применения технологий предварительной симуляции робот-ассистированного комплекса, автоматизированного определения оптимального положения пациента и траекторий движения медицинских инструментов, многомодальной интраоперационной визуализации, роботизации движения медицинских инструментов, стереотаксической навигации и алгоритмов технического зрения.The stated task is solved, and the declared technical result is achieved through the synergistic application of technologies for preliminary simulation of a robot-assisted complex, automated determination of the optimal position of the patient and trajectories of movement of medical instruments, multimodal intraoperative visualization, robotization of movement of medical instruments, stereotactic navigation and algorithms of technical vision.
Заявленное техническое решение позволяет, в отличие от ближайшего аналога (прототипа), проводить предварительную симуляцию робот-ассистированного комплекса на основе цифровых алгоритмов автоматизированного определения оптимального положения рабочей области и оптимальных траекторий движения медицинских инструментов с учетом кинематических ограничений манипулятора, многомодальной визуализации данных на этапах предварительного планирования, интраоперационной подготовки и исполнения операции, роботизации введения медицинских инструментов при помощи специализированного рабочего органа с по меньшей мере двумя дополнительными степенями подвижности, под контролем системы хирургической навигации и алгоритмов технического зрения для определения и отслеживания целевой области на УЗИ изображении.The claimed technical solution allows, unlike the closest analogue (prototype), to conduct a preliminary simulation of a robot-assisted complex based on digital algorithms for the automated determination of the optimal position of the working area and optimal trajectories of movement of medical instruments, taking into account the kinematic limitations of the manipulator, multimodal visualization of data at the stages of preliminary planning, intraoperative preparation and execution of the operation, robotization of the introduction of medical instruments using a specialized working element with at least two additional degrees of mobility, under the control of a surgical navigation system and algorithms of technical vision for determining and tracking the target area on the ultrasound image.
Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.
Фигура 1. Общая структура элементов, необходимых для функционирования комплекса.Figure 1. General structure of the elements necessary for the functioning of the complex.
Фигура 2. Общая схема процесса определения оптимального положения медицинских инструментов.Figure 2. General diagram of the process of determining the optimal position of medical instruments.
Фигура 3. Пример графика изменения обобщенной координаты от номера точки траектории.Figure 3. Example of a graph of the change in the generalized coordinate from the trajectory point number.
Фигура 4. Визуализация трехмерных вексельных данных и моделей поверхностей в едином пространстве в интерфейсе пользователя.Figure 4. Visualization of 3D billet data and surface models in a single space in the user interface.
Фигура 5. Визуализация дополненных данных УЗИ в интерфейсе пользователяFigure 5. Visualization of augmented ultrasound data in the user interface
Фигура 6. Схематическое изображение рабочего органа, закрепленного на манипуляторе.Figure 6. Schematic representation of the working element fixed on the manipulator.
Фигура 7. Структурная схема обмена данными между устройствами в составе комплекса.Figure 7. Structural diagram of data exchange between devices within the complex.
Фигура 8. Алгоритм проведения операции с использованием робот-ассистированного комплекса минимально инвазивной абдоминальной хирургии.Figure 8. Algorithm for performing an operation using a robot-assisted minimally invasive abdominal surgery complex.
Фигура 9. Алгоритм процедуры определения оптимального положения рабочего органа.Figure 9. Algorithm for the procedure for determining the optimal position of the working element.
Фигура 10. Алгоритм процедуры определения реального положения рабочей области.Figure 10. Algorithm of the procedure for determining the actual position of the working area.
Фигура 11. Алгоритм процедуры наведения инструмента.Figure 11. Algorithm of the instrument guidance procedure.
Фигура 12. Алгоритм процедуры проведения хирургического вмешательства.Figure 12. Algorithm of the procedure for performing surgical intervention.
Фигура 13. Алгоритм процедуры движения манипулятора по траектории в режиме совместной работы.Figure 13. Algorithm for the procedure of manipulator movement along a trajectory in the joint operation mode.
Фигура 14. Общий вид робот-ассистированного комплекса минимально инвазивной абдоминальной хирургии для автоматизированного выполнения операций методами локальной деструкции.Figure 14. General view of the robot-assisted complex for minimally invasive abdominal surgery for automated performance of operations using local destruction methods.
Позиции, приведенные на изображениях, соответствуют следующему:The positions shown in the images correspond to the following:
101 оборудование для компьютерной, магнитно-резонансной или позитронно-эмиссионный томографии101 equipment for computed tomography, magnetic resonance imaging or positron emission tomography
102 целевая область102 target area
103 рабочая область103 work area
104 вексельные данные рабочей области104 bill of exchange data work area
105 медицинский инструмент, медицинский инструмент для проведения хирургических операций методами локальной деструкции105 medical instrument, medical instrument for performing surgical operations using local destruction methods
106 манипулятор, (шарнирный робот для совместной работы с человеком) обладающий по меньшей мере шестью степенями подвижности106 manipulator (articulated robot for joint work with a person) having at least six degrees of freedom
107 рабочий орган107 working body
108 указательный инструмент системы хирургической навигации108 surgical navigation system pointing instrument
109 система хирургической навигации109 surgical navigation system
110 хирургический стол110 surgical table
111 сервер управления и обработки данных111 data management and processing server
112 допустимая зона введения медицинского инструмента112 permissible zone of insertion of a medical instrument
113 графическое устройство ввода-вывода113 Graphics Input/Output Device
114 УЗИ-аппарат114 Ultrasound machine
115 станина115 frame
116 контроллер манипулятора116 Manipulator Controller
117 аппарат локальной деструкции117 local destruction apparatus
201 кластер зоны локальной деструкции201 cluster of local destruction zone
202 зона локальной деструкции202 local destruction zone
203 увеличенная зона локальной деструкции203 enlarged zone of local destruction
204 центр кластера зоны локальной деструкции204 cluster center of local destruction zone
205 критические структуры205 critical structures
206 угол между прямой, образуемой ближайшим к медицинскому инструменту вокселем критических структур и целевой позицией центра кластера, и прямой, образуемой целевой позицией центра кластера и точкой ввода206 angle between the line formed by the critical structure voxel closest to the medical instrument and the target position of the cluster center, and the line formed by the target position of the cluster center and the input point
207 минимальное расстояние от ближайшего вокселя критической структуры до оси медицинского инструмента207 minimum distance from the nearest voxel of the critical structure to the axis of the medical instrument
208 точка ввода в допустимой зоне введения медицинского инструмента208 entry point in the permissible zone of insertion of a medical instrument
209 другие медицинские инструменты209 other medical instruments
210 заданный запас расстояния от медицинского инструмента210 specified distance reserve from medical instrument
211 заданный запас расстояния для увеличения зоны локальной деструкции211 specified distance reserve to increase the local destruction zone
212 минимальный необходимый радиус зоны локальной деструкции212 minimum required radius of local destruction zone
213 ближайший воксель критической структуры до оси медицинского инструмента213 closest voxel of critical structure to the axis of medical instrument
301 значение обобщенной координаты301 generalized coordinate value
302 оценка расхождения302 discrepancy assessment
303 верхняя граница допустимого диапазона значения обобщенной координаты303 upper limit of the permissible range of the generalized coordinate value
304 центр допустимого диапазона значения обобщенной координаты304 center of the permissible range of the generalized coordinate value
305 нижняя граница допустимого диапазона значения обобщенной координаты305 lower limit of the permissible range of the generalized coordinate value
306 ось индексов точек траектории306 axis of trajectory point indices
307 ось значений i-той обобщенной координаты307 axis of values of the i-th generalized coordinate
401 виртуальная модель манипулятора401 virtual model of manipulator
402 заданные границы возможного расположения рабочей области402 specified boundaries of possible location of the work area
403 общая сцена компьютерной системы моделирования403 general scene of computer simulation system
404 визуализация дополненных данных УЗИ в интерфейсе пользователя404 visualization of augmented ultrasound data in the user interface
405 визуализация характеристик движения манипулятора405 visualization of manipulator motion characteristics
406 элементы управляющего интерфейса для переключения этапов406 control interface elements for switching stages
407 интерфейс настроек компьютерной системы моделирования407 computer simulation system settings interface
408 визуализация структуры сцены компьютерной системы моделирования408 visualization of the scene structure of the computer modeling system
409 элементы управляющего интерфейса для исполнения действий в рамках этапов409 control interface elements for performing actions within stages
501 выявленное положение кончика медицинского инструмента501 detected position of the tip of a medical instrument
502 визуализация плоскости сканирования502 scan plane visualization
503 выявленное положение целевой области503 Target area position detected
504 прогнозируемая траектория движения медицинского инструмента504 predicted trajectory of movement of a medical instrument
601 трансдьюсер, трансдьюсер системы УЗИ601 transducer, ultrasound system transducer
602 плоскость сканирования трансдьюсера602 transducer scanning plane
603 рабочая зона рабочего органа603 working area of the working element
604 вторая степень подвижности рабочего органа604 second degree of mobility of the working element
605 первая степень подвижности рабочего органа605 first degree of mobility of the working element
606 центральная точка инструмента606 center point of the tool
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Для подтверждения возможности использования и работоспособности изобретения была проведена его реализация в виде испытательного стенда, фотография которого представлена на фигуре 14.To confirm the possibility of using and working capacity of the invention, it was implemented in the form of a test stand, a photograph of which is shown in Figure 14.
В качестве элементов системы использовалось следующее оборудование:The following equipment was used as system elements:
• Манипулятор KUKA MED 14 R820;• Manipulator KUKA MED 14 R820;
• Прототип рабочего органа;• Prototype of the working body;
• Система управления манипулятора KUKA Sunrise;• KUKA Sunrise manipulator control system;
• УЗИ-аппарат Philips Affinity 50;• Philips Affinity 50 ultrasound machine;
• Стереотаксическая система хирургической навигации Мультитрек;• Stereotactic surgical navigation system Multitrack;
• Сервер управления и обработки данных на базе CPU IntelCore i7-9700K 3.70 GHz GPU Nvidia GTX2080TI;• Data management and processing server based on CPU IntelCore i7-9700K 3.70 GHz GPU Nvidia GTX2080TI;
• Аппарат локальной деструкции - система электрохирургическая RITA 1500Х;• Local destruction apparatus - electrosurgical system RITA 1500X;
• Графическое устройство ввода-вывода с интерфейсом пользователя - монитор с сенсорным управлением IIYAMA TH4265MIS-B1AG.• Graphical input/output device with user interface - IIYAMA TH4265MIS-B1AG touchscreen monitor.
В эксперименте использовался специализированный силиконовый фантом, имитирующий печень, ребра, жировой слой и кожный покров. Используемый фантом является схожим по рентгенопрозрачности и сходным по характеристикам ультразвукового исследования с соответствующими тканями человека. Фантом был оснащен набором силиконовых вставок, имитирующих опухоли. Была проведена компьютерная томография этого фантома на томографе Definition AS 128 (Siemens). В качестве медицинского инструмента выступал зонтичный электрод электрохирургической системы RITA 1500Х.A specialized silicone phantom simulating the liver, ribs, fat layer and skin was used in the experiment. The phantom used is similar in radiolucency and similar in ultrasound characteristics to the corresponding human tissues. The phantom was equipped with a set of silicone inserts simulating tumors. A computed tomography scan of this phantom was performed on a Definition AS 128 tomograph (Siemens). An umbrella electrode of the RITA 1500X electrosurgical system was used as a medical instrument.
На первом этапе проведения эксперимента, в соответствии с шагами, представленными в разделе «Раскрытие изобретения», были размечены полученные данные компьютерной томографии, была выбрана целевая область. Целевая область была автоматически разделена на кластеры, после чего, с помощью разработанного алгоритма, были найдены целевые положения инструментов. Для выбранных целевых положений инструмента строились предварительные траектории ввода инструмента таким образом, чтобы плоскость сканирования УЗИ-трансдьюсера, закрепленного в прототипе рабочего органа, проходила между ребрами фантома.At the first stage of the experiment, in accordance with the steps presented in the section "Disclosure of the invention", the obtained data of computer tomography were marked, the target area was selected. The target area was automatically divided into clusters, after which, using the developed algorithm, the target positions of the instruments were found. For the selected target positions of the instrument, preliminary trajectories of the instrument input were constructed in such a way that the scanning plane of the ultrasound transducer fixed in the prototype of the working element passed between the ribs of the phantom.
Трехмерные данные исследования и траектории были загружены в подготовленное программное обеспечение. Трехмерные данные исследования были сориентированы в трехмерном виртуальном пространстве в соответствии с предполагаемым расположением, после этого был произведен поиск оптимального положения рабочей области в заданном диапазоне возможных положений.The 3D research data and trajectories were loaded into the prepared software. The 3D research data were oriented in the 3D virtual space according to the expected location, after which the optimal position of the work area was searched for in the given range of possible positions.
После определения оптимального положения рабочей области фантом был расположен на операционном столе вместе с референсной рамкой системы хирургической навигации в соответствии с определенным оптимальным положением рабочей области. Положение рабочей области было определено относительно локальной системы координат навигационной системы. Также было определено положение локальной системы координат навигационной системы относительно основания манипулятора.After determining the optimal position of the work area, the phantom was positioned on the operating table together with the reference frame of the surgical navigation system in accordance with the determined optimal position of the work area. The position of the work area was determined relative to the local coordinate system of the navigation system. The position of the local coordinate system of the navigation system relative to the base of the manipulator was also determined.
На основе полученных данных была проведены предварительные симуляции движения манипулятора для всех требуемых траекторий, не выявившие препятствий к исполнению движения. Команды движения были переданы в систему управления манипулятором - контроллер KUKA Sunrise после чего манипулятор переместил рабочий орган в предварительное положение, из которого он был перемещен по запланированной траектории в режиме совместной работы до контакта трансдьюсера с фантомом и получения стабильного качества УЗИ-изображения. Затем перемещение манипулятора в режиме совместной работы было остановлено, и манипулятор начал удерживать фиксированное положение обеспечивая постоянное усилие.Based on the obtained data, preliminary simulations of the manipulator movement were performed for all required trajectories, which did not reveal any obstacles to the execution of the movement. The movement commands were transmitted to the manipulator control system - the KUKA Sunrise controller, after which the manipulator moved the working element to a preliminary position, from which it was moved along the planned trajectory in the joint operation mode until the transducer contacted the phantom and stable ultrasound image quality was obtained. Then the movement of the manipulator in the joint operation mode was stopped, and the manipulator began to hold a fixed position providing a constant force.
На полученном платой видеозахвата изображении УЗИ было определено фактическое положение целевой области. Для определенных координат целевой области была решена обратная задача кинематики по положению для рабочего органа, после чего, рабочий орган совершил соответствующее движение для достижения целевой области медицинским инструментом. После достижения целевой области медицинский инструмент был переведен в раскрытое состояние и высвобожден из рабочего органа, манипулятору была дана команда отведения рабочего органа в сторону.The actual position of the target area was determined on the ultrasound image obtained by the video capture board. For certain coordinates of the target area, the inverse kinematics problem was solved for the position of the working element, after which the working element made the corresponding movement to reach the target area with the medical instrument. After reaching the target area, the medical instrument was moved to the open state and released from the working element, the manipulator was given a command to move the working element to the side.
Библиографические данные (список источников).Bibliographic data (list of sources).
Патенты:Patents:
WO 2020034146 A1,WO 2020034146 A1,
RU 2758753 C1,RU 2758753 C1,
RU 2720830 C1,RU 2720830 C1,
US 008774901 B2,US 008774901 B2,
US 20220142702 A1,US 20220142702 A1,
RU 2594100 C1,RU 2594100 C1,
US 20120245914 A1,US 20120245914 A1,
CN 103970988 В,CN 103970988 B,
CN 113456229 A,CN 113456229 A,
CN 103371870 A,CN 103371870 A,
JP 5933723 B2,JP 5933723 B2,
US 8267927 B2,US 8267927 B2,
CN 110537960 A,CN 110537960 A,
US 20200367971 A1,US 20200367971 A1,
FR 3124072 A1.FR 3124072 A1.
ГОСТ Р 60.0.0.4 - 2023 / ИСО 8373:2021 Роботы и Робототехнические Устройства, Термины и определения.GOST R 60.0.0.4 - 2023 / ISO 8373:2021 Robots and Robotic Devices, Terms and Definitions.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2841089C1 true RU2841089C1 (en) | 2025-06-02 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676459C2 (en) * | 2013-08-30 | 2018-12-28 | Конинклейке Филипс Н.В. | Medical system |
| US20190000569A1 (en) * | 2012-06-21 | 2019-01-03 | Globus Medical, Inc. | Controlling a surgical robot to avoid robotic arm collision |
| US20230015717A1 (en) * | 2013-09-18 | 2023-01-19 | iMIRGE Medical INC. | Anatomical scanning, targeting, and visualization |
| RU2796594C2 (en) * | 2018-10-03 | 2023-05-26 | Смр Серджикал Лимитед | Surgical robotic system and a method for analyzing the performance of a surgical robotic system |
| US20230404682A1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-12-21 | Ix Innovation Llc | Robotic surgical systems with multi-modality imaging for performing surgical steps |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190000569A1 (en) * | 2012-06-21 | 2019-01-03 | Globus Medical, Inc. | Controlling a surgical robot to avoid robotic arm collision |
| RU2676459C2 (en) * | 2013-08-30 | 2018-12-28 | Конинклейке Филипс Н.В. | Medical system |
| US20230015717A1 (en) * | 2013-09-18 | 2023-01-19 | iMIRGE Medical INC. | Anatomical scanning, targeting, and visualization |
| RU2796594C2 (en) * | 2018-10-03 | 2023-05-26 | Смр Серджикал Лимитед | Surgical robotic system and a method for analyzing the performance of a surgical robotic system |
| US20230404682A1 (en) * | 2022-05-18 | 2023-12-21 | Ix Innovation Llc | Robotic surgical systems with multi-modality imaging for performing surgical steps |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Penza, Veronica, et al. "Long term safety area tracking (LT-SAT) with online failure detection and recovery for robotic minimally invasive surgery." Medical image analysis 45 (2018): 13-23. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10709506B2 (en) | Methods and apparatus for surgical planning | |
| KR102014355B1 (en) | Method and apparatus for calculating location information of surgical device | |
| KR102793431B1 (en) | Navigation of tubular networks | |
| CN108024838B (en) | System and method for using registered fluoroscopic images in image-guided surgery | |
| JP6553511B2 (en) | C-arm trajectory planning for optimal image acquisition in endoscopic surgery | |
| JP5866136B2 (en) | System and method for local non-rigid registration of a catheter guide system to image data or models | |
| JP7469120B2 (en) | Robotic surgery support system, operation method of robotic surgery support system, and program | |
| JP7111680B2 (en) | Visualization and Manipulation of Results from Device-to-Image Registration Algorithms | |
| KR20200085762A (en) | Robotic device for minimally incised medical intervention on soft tissue | |
| JP7221190B2 (en) | Structural masking or unmasking for optimized device-to-image registration | |
| CN110087576A (en) | System and method for registering an elongated device to a three-dimensional image in an image-guided procedure | |
| EP3690810B1 (en) | Method for displaying tumor location within endoscopic images | |
| JP7182126B2 (en) | Robotic surgery support device, robotic surgery support method, and program | |
| JP7152240B2 (en) | Robotic surgery support device, robotic surgery support method, and program | |
| Azizian et al. | Visual servoing in medical robotics: a survey. Part II: tomographic imaging modalities–techniques and applications | |
| US20250072969A1 (en) | Systems and methods for integrating intra-operative image data with minimally invasive medical techniques | |
| CN113876420A (en) | Path planning method, system, device and medium for planning surgical path | |
| RU2841089C1 (en) | Robot-assisted complex of minimally invasive abdominal surgery for automated execution of operations by methods of local destruction of liver growth | |
| US20240164853A1 (en) | User interface for connecting model structures and associated systems and methods | |
| JP7495216B2 (en) | Endoscopic surgery support device, endoscopic surgery support method, and program | |
| Li et al. | Real-time slice-to-volume registration-based autonomous navigation for robot-assisted thyroid biopsy | |
| US20240390071A1 (en) | Systems and methods for target nodule identification | |
| Zhang et al. | A Review of Intraoperative Interactive Control Methods for Seeds Implantation Robots | |
| Lei et al. | Towards Lung Ultrasound Automation: Fully Autonomous Robotic Longitudinal and Transverse Scans Along Intercostal Spaces | |
| Maddah et al. | Laparoscopic, Endoscopic and Robotic Surgery |