基于视觉反馈的输尿管软镜机器人运动补偿策略

机器人辅助输尿管软镜术可以显著提高泌尿外科医生的手术执行能力.然而,由于人体自然腔道生理约束,导致输尿管软镜在手术过程中存在明显的末端运动偏差,影响手术效率,增加手术风险;同时输尿管软镜末端空间狭小,难以安装可检测末端运动偏差的传感器.针对以上问题,提出了一种基于视觉反馈的输尿管软镜末端运动补偿策略,以霍夫圆检测为基础,自动提取输尿管软镜的视野作为感兴趣区域,降低计算负担;同时,针对输尿管软镜的成像特点,对视野中特有的梳状结构干扰进行了频谱分析和消除.在此基础上,结合ORB算法提取图像信息,通过对前后两关键帧之间的空间关系进行几何描述并求解,得到输尿管软镜末端的角位移.该角位移与输入运动指令之差即为输尿管软镜末端运动偏差,并据此建立了输尿管软镜运动补偿策略.最后借助输尿管软镜机器人样机,利用实验手段对上述过程进行验证,结果显示,输尿管软镜末端的角位移平均计算时间约为21.32 ms,平均计算误差0.33°,最大计算误差1.90°.使用所提运动补偿策略前后输尿管软镜末端运动状态的对比实验结果表明,该运动补偿策略平均补偿误差约为2.17°,最大补偿误差为3.29°,可以显著减少输尿管软镜末端的运动偏差,并具有较好的实时性.

面向NOTES手术的软镜操作机器人技术进展

软式内窥镜(简称软镜)是实现经自然腔道内镜手术(Natural orifice transluminal endoscopic surgery,NOTES)的关键器械,由于柔性镜体本身所具有的安全性高、可达范围广和运动灵活等优势,软镜操作技术已经被应用在越来越多种类的外科手术中。考虑到人工操作过程中存在难度大、学习周期长、人力成本高、依赖临床经验和易受有害辐射等问题,研发并利用软镜操作机器人代替人工操作,可以实现更加安全、精准、智能的NOTES手术。旨在总结当前软镜操作机器人在建模、控制与规划方面的研究现状,探讨相关技术的研究趋势和面临的挑战。介绍了国内外代表性软镜操作机器人系统,总结了现有软镜操作机器人系统的运动特点。从模型、控制和规划三个角度对当前的软镜操作机器人技术进行了详尽的研究现状综述。总结和分析了当前研究内容中的不足和自主化软镜操作技术发展所面临的挑战,并对软镜操作机器人的进一步研究方向进行展望。

输尿管软镜治疗上尿路结石的研究进展

随着近几年输尿管软镜及其辅助设备的不断创新改进,临床上对于输尿管软镜的应用也越来越广泛。从以往常见的逆行输尿管腔内碎石取石,到现在应用于输尿管腔内肿瘤消融、输尿管狭窄镜下切开、肾盂旁囊肿切开内引流等。输尿管软镜经人体自然腔道进入体内,充分实现微创下的检查和治疗,现临床上应用较多的电子输尿管软镜更是以其术野成像清晰、偏转柔韧性好、兼有工作通道等优点,在上尿路结石的治疗中独占优势。而且,随着一次性电子输尿管软镜和机器人辅助输尿管软镜系统的开发应用,更是进一步推动了输尿管软镜手术的安全和快速发展。

主从式软式内镜操作机器人系统行胃镜检查的动物实验

目的评估主从式软式内镜操作机器人系统YunSRobot进行活体猪上消化道内镜检查的安全性、可行性和操作效能等。方法应用主从式软式内镜操作机器人系统YunSRobot和日本奥林巴斯公司生产的胃镜GIF-Q260J，对7只广西巴马小型猪进行上消化道内镜操作。实验分为人工操作组和机器人操作组，由9位熟练操作内镜的消化专科医师先在体外操作机器人1次，熟悉机器人操作原理和方法，而后分别完成人工操作和机器人操作各4例次，记录内镜图像及操作时间。统计学方法采用t检验和单因素方差分析。结果人工操作组和机器人操作组均能顺利完成标准食管、胃的内镜操作和检查，无出血、穿孔、误入气管、咽喉部损伤、吸入性肺炎等并发症发生。两组均能清楚观察到实验猪的食管、贲门、胃底、胃体、胃角、胃窦和幽门。9位操作者人工操作时间为（3.67±1.95） min，短于机器人操作的（7.60±2.00） min，差异有统计学意义（t＝8.445，P〈0.01）。9位操作者第1次体外操作的时间为（13.10±6.32） min，9位操作者进行动物体内机器人操作的每例次操作时间依次为（8.49±0.90）、（7.50±1.19）、（7.30±1.33）、（7.12±1.61） min, 差异有统计学意义（F＝7.901，P〈0.01）；操作时间逐渐缩短，操作熟练度显著提高。结论主从式软式内镜操作机器人系统YunSRobot对活体动物进行内镜检查操作安全，对食管、胃各部位观察清楚。

机器人辅助输尿管软镜手术系统的研究现状和未来发展方向

近年来,随着内镜器械的发展,输尿管软镜成为治疗上尿路结石的主流手段。但是软镜手术在实际运用中存在诸多局限性,如控制难度大、定位精度及稳定性有待提高,且其操作方式容易导致术者疲劳,引发肌肉骨骼疾病。机器人辅助输尿管软镜手术系统有助于弥补传统操作的不足,扩展软镜手术的优势。其具有精度高、稳定性好、学习曲线短、符合人体工程学原理、减少射线暴露等优点;但仍需要进一步开展应用研究来评估该系统的价值。本文总结了机器人辅助输尿管软镜手术系统的研究现状,展望了未来可能的发展方向。