Запечатлевая движение,
Создавая истории

Хирургический ассистент-робот обладает характеристиками точного управления, стабильной работы и высокой операционной точности, что может помочь хирургам преодолевать трудности, связанные с точностью операций, рабочим пространством, расстоянием и совместной работой в традиционной хирургии.

Для того чтобы хирургическая роботизированная система могла выполнять высококачественные автоматические операции, подобные действиям врача, важной основой работы является создание модели хирургического вмешательства. С этой целью команда профессора Ян Дэвэя из Чунцинского университета почты и телекоммуникаций выбрала шов поверхностных тканей в качестве объекта моделирования для изучения навыков шивания и моделирования.

Для решения проблемы плохой миграционной способности традиционных моделей в новых сценариях профессор Ян предложил концепцию моделирования навыков "демонстрация-диссоциация-моделирование". Процесс сшивания был разбит на несколько подпроцессов, и для моделирования траекторий подпроцессов использовался метод DMPs.

Метод обучения на демонстрации обладает лучшей способностью к миграции для сцен с похожими, но различными траекториями. Для получения данных во время демонстрации шва исследователи создали систему получения данных по демонстрации шва.

Система включает в себя систему захвата движения NOKOV, держатель игл, шовные иглы, нитку и модель раны. Система захвата движения NOKOV оснащена 7 инфракрасными оптическими камерами для измерения и фиксации процесса шивания. Два держателя игл соответственно наклеены 3 маркерами. Система захвата движения использовалась для получения трехмерных координат маркеров, а также для вычисления непрерывной траектории положения и позы держателя игл в реальном времени.

Как показано на рисунке ниже, траектория движения держателей игл в системе координат раны может быть получена посредством преобразования координат. Для устранения дрожания руки врача данные трека обрабатываются с помощью низкочастотного фильтра.

Процесс наложения швов можно разделить на 3 этапа: проникновение иглы в кожные ткани, завязывание узла и затем натяжение швов. Метод DMPs, предложенный автором, может представить динамический процесс на каждом этапе. На рисунке ниже показаны траектории, полученные после обучения с использованием метода DMPs. Можно видеть, что траектория, полученная методом DMPs, хорошо согласуется с реальной траекторией.

Одним из преимуществ модели DMPs является хороший эффект миграции. Как показано на рисунке ниже, динамический процесс шва схож при изменении позиции конечной точки, что облегчает использование обучающей модели шва для планирования новых траекторий для различных позиций и типов ран.

Сплошные синие линии: Дорожки швов, собранные системой захвата движения NOKOV

Красная пунктирная линия: Соответствующая траектория после обучения DMP после изменения целевой позиции

Ссылки:

[1]   D. Yang, Q. Lv, G. Liao, K. Zheng, J. Luo и B. Wei, "Обучение с демонстрацией: метод моделирования навыков шва на основе Dinamic Movement Primitives," 2018 Congress по автоматизации Китая (CAC), 2018, стр. 4252-4257, doi: 10.1109/CAC.2018.8623781.