A Surgeon Preference-Guided Autonomous Instrument Tracking Method With a Robotic Flexible Endoscope Based on dVRK Platform

内窥镜 视觉伺服 人工智能 计算机视觉 计算机科学 控制器(灌溉) 侵入性外科 机器人 机器人学 工程类 模拟 外科 医学 农学 生物
作者
Yisen Huang,Jian Li,Xue Zhang,Ke Xie,Jixiu Li,Yue Liu,Calvin S.H. Ng,Philip Wai Yan Chiu,Zheng Li
出处
期刊:IEEE robotics and automation letters 卷期号:7 (2): 2250-2257 被引量:20
标识
DOI:10.1109/lra.2022.3143305
摘要

In minimally invasive surgery, endoscopes serve as the eyes of surgeon. To avoid fatigue in manual endoscope steering, robotic endoscope holders have been developed. Unfortunately, existing robotic endoscope holders are not widely adopted due to the poor surgeon-robot cooperation. In this work, we developed an intelligent flexible endoscope system based on the da Vinci Research Kit. In the system, surgical instruments are detected and classified in real time with an oriented bounding box-based object detection method. A custom dataset of 6243 images is established to train the detection neural network. Then, a surgeon’s preference guided visual servoing control method is proposed for automatically tracking the detected instruments during minimally invasive surgery. In order to realize 3-degree of freedom control on the image plane, an image moment-based visual servoing control method is adopted. To improve the dynamic performance of the system control, a modified genetic algorithm is developed to select the optimal gains of the robot controller. Both simulation and experimental results show the feasibility of the proposed intelligent flexible endoscope system.
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