Автоматическая хирургия при транскатетерном эндопротезировании аортального клапана с использованием дополненной реальности
9 августа 2024 г.
В данной статье представлено проектирование и реализация автоматического хирургического модуля на основе 3D-реконструкции на основе дополненной реальности (AR). Система обеспечивает дистанционную хирургию, позволяя хирургам осматривать реконструированные элементы и повторять хирургические движения руки, как если бы они выполняли операцию в непосредственной близости.
Наши исследования направлены на революцию в дистанционной хирургии с помощью дополненной реальности и робототехники, стремясь повысить точность и доступность медицинских процедур. Мы изучаем, как 3D-реконструкция в реальном времени и извлечение признаков могут предоставить хирургам беспрецедентный контроль и визуализацию даже на расстоянии. Мы внедрили собственное направленное интенсивное извлечение признаков, чтобы обеспечить точное и аккуратное обнаружение хирургических особенностей, улучшая контроль хирурга над роботизированной рукой.
Используя 3D-реконструкцию по минимальным 2D-изображениям, мы значительно снизили аппаратную сложность и повысили эффективность нашей системы. Наша система обеспечивает наилучшее наблюдение за хирургической средой с помощью одной мобильной камеры, синхронизированной для съемки снимков каждые две секунды, обеспечивая обновления в режиме реального времени для удаленного хирурга. Мы разработали бесшовные протоколы связи с низкой задержкой и высокой надежностью с использованием Bluetooth и LAN, обеспечивающие бесперебойную и точную передачу данных.
Наш подход к достижению точной синхронизации в режиме реального времени между видеопотоками и реакциями роботизированной руки может послужить ориентиром для будущих исследований в области дистанционной хирургии и телемедицины. Он предлагает модель интеграции данных в режиме реального времени с роботизированными системами управления. Наш подход к достижению точной синхронизации в режиме реального времени между видеопотоками и реакциями роботизированной руки может послужить ориентиром для будущих исследований в области удаленной хирургии и телемедицины.
Он предлагает модель интеграции данных в режиме реального времени с роботизированными системами управления.
Обзор
В данной статье представлен инновационный подход к дистанционной хирургии с использованием дополненной реальности (AR) и робототехники. Система повышает точность и доступность хирургических вмешательств за счет 3D-реконструкции и извлечения признаков в режиме реального времени.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейрохирургия
- Робототехника
- Дополненная реальность
Теоретические сведения
- Дистанционная хирургия приобретает все большее значение в современной медицине.
- Дополненная реальность может обеспечить улучшенную визуализацию для хирургов.
- Передача данных в режиме реального времени имеет критическое значение для эффективности дистанционных операций.
- Минимизация сложности оборудования может повысить эффективность системы.
Цель исследования
- Разработать модуль для автоматической хирургии с использованием 3D-реконструкции на основе дополненной реальности (AR).
- Предоставить хирургам возможность проводить дистанционные операции с высокой точностью.
- Расширить возможности контроля и визуализации для хирургов.
Используемые методы
- Направленное усиление извлечения признаков для обеспечения точности детектирования.
- 3D-реконструкция на основе минимального количества 2D-изображений для снижения сложности.
- Использование одной мобильной камеры для наблюдения в режиме реального времени.
- Протоколы связи с использованием Bluetooth и LAN для обеспечения низкой задержки.
Основные результаты
- Система обеспечивает беспрецедентный уровень контроля и визуализации для хирургов, работающих удаленно.
- Обновления в режиме реального времени поступают каждые две секунды.
- Был достигнут усиленный контроль хирурга над роботизированными манипуляторами.
- Отмечены повышение эффективности и снижение сложности оборудования.
Выводы
- Интеграция дополненной реальности (AR) в дистанционную хирургию может значительно улучшить результаты операций.
- Трехмерная реконструкция в режиме реального времени повышает точность хирургического вмешательства.
- Будущие разработки могут привести к дальнейшей революции в хирургической практике.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Интеграция дополненной реальности (AR) и робототехники в рабочие процессы транскатетерной имплантации аортального клапана (TAVR) отвечает потребности в точности, визуализации в реальном времени и дистанционном участии экспертов при проведении сложных сердечно-сосудистых процедур. Такой подход повышает прогностическую уверенность и операционную эффективность в критические моменты этапов вмешательств с использованием устройств. Возможности системы по 3D-реконструкции в реальном времени и дистанционному управлению позволяют рассматривать ее как многоразовую платформу для масштабируемых межцентровых хирургических инноваций.
Стратегические приложения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Обеспечивает точный анализ взаимодействия устройства с тканями благодаря 3D-визуализации в режиме реального времени.
- Способствует снижению механистических рисков, позволяя удаленным экспертам подтверждать правильность выполнения этапов процедуры и полученные результаты.
- Облегчает функциональную валидацию роботизированных вмешательств и вмешательств под руководством дополненной реальности (AR) на доклинических моделях.
Скрининг и разработка анализа
- Подготавливает валидированные процедурные стенды для последующей оценки и оптимизации устройств.
- Стандартизирует захват изображений и извлечение признаков для воспроизводимой количественной оценки.
- Обеспечивает масштабируемые среды анализа с дистанционным управлением для итерационного тестирования устройств.
Трансляционные и доклинические исследования
- Обеспечивает соответствие точности выполнения процедур анатомическим моделям, релевантным заболеванию, для обеспечения трансляционной преемственности.
- Поддерживает риск-ориентированный переход AR-направляемых вмешательств от лабораторных исследований к доклинической валидации.
- Предоставляет платформу для сравнительного анализа технологий дистанционного хирургического наведения в трансляционных условиях.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Эта роботизированная платформа дополненной реальности связывает этапы ранней разработки устройств, процедурной валидации и трансляционных исследований, обеспечивая возможность проведения дистанционно управляемых вмешащений в режиме реального времени и создание количественных циклов обратной связи.
- Открывательная биология (Discovery Biology): позволяет проверять гипотезы о производительности устройств и безопасности процедур в контролируемых условиях.
- Скрининг: обеспечивает получение стандартизированных, воспроизводимых результатов на основе изображений для сравнительной оценки устройств.
- Аналитика: предоставляет количественные 3D-реконструкции и извлечение признаков для надежного анализа данных.
- Трансляционные исследования: обеспечивают соответствие процедур клиническим моделям и поддерживают валидацию на основе биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: предлагает модульную, масштабируемую платформу, адаптируемую к различным процессам разработки устройств и процедур.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования и снижает механистическую неопределенность при проведении вмешательств с использованием устройств.
- Операционная ценность: улучшает стандартизацию, воспроизводимость и возможность удаленного масштабирования процедурных рабочих процессов.
- Стратегическая ценность: оптимизирует принятие решений о целесообразности продолжения действий (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет обеспечения удаленного экспертного надзора.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации с учетом рисков и развитию хирургических технологий с поддержкой дополненной реальности (AR).
Особенности реализации
- Требуется опыт работы в области дополненной реальности (AR), робототехники и анализа изображений в реальном времени.
- Необходимы высоконадежное оборудование и синхронизированная инфраструктура связи.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов захвата изображений и извлечения признаков.
- Метод применим к различным процедурным моделям, однако может потребоваться калибровка для конкретных анатомических контекстов.
- Задержка сигнала и точность картирования движений являются практическими ограничениями, которые необходимо контролировать при внедрении.
