Autonomy for Surgical Robot Systems

Robotsystemer spiller en vigtig rolle indenfor minimalt invasiv kirurgi. Robot-assisterede indgreb foretages af kiruger, som styrer robottens instrumenter via en konsol. En kirurgirobot er altså ikke en robot i den forstand, at den automatisk kan foretage indgreb. Der er dog potentiale for, at automatisering af kirurgiske indgreb vil kunne øge kvaliteten, sikre ensartede resultater og reducere kirurgerens arbejdsbyrde. I sidste ende vil det kunne øge antallet af patienter, som kan blive opereret.


I denne afhandling ses der på tre tekniske problemstillinger i forhold til at automatisere kirurgiske indgreb. Den første problemstilling omhandler den unøjagtighed, som findes i kirurgirobotter. Den anden er, at det er udfordrende for en robot automatisk at skulle udføre opgaver i et dynamisk miljø med blødt væv. Den tredje problemstilling er, at der kun er få typer sensorer tilgængelige i kirurgirobotter.


Første problemstilling behandles ved først at implementere kaskaderegulering i Raven-II kirgurgirobotten. På trods af, at det gjorde robotten bedre i stand til præcist at følge en given bane, var resultatet ikke tilfredsstillende ifht. automatisering af kirurgi. I stedet udviklede vi en helt ny kirurgirobotplatform til ikke-klinisk forskning. En serie eksperimenter demonstrerede, at platformen var brugbar til videre forskning i automatisering af kirurgi.


I forhold til automatiseret udførsel af kirurgi, så tilgik vi problemet med den idé, at robotten skulle lære fra kirurgen. Med det in mente anvendte vi et system til at lære suturering – en opgave, som ofte forekommer i kirurgiske indgreb – fra manuelle demonstrationer udført af et menneske. Samme ide blev også brugt i en opgave, hvor menneske og robot skulle samarbejde, og kun den ene robotarm bevægede sig automatisk.


Slutteligt undersøger denne afhandling hvordan kirgurgirobotters sensorsystemer kan forbedres. Det gøres på to måder. Den ene er, at anvende et konvolutionelt neuralt netværk på kamerabilleder fra operationen. Den anden er, at integrere sensorer til mǻling af bioelektrisk impedans i eksisterende kirgurgirobotinstrumenter. Disse kan potentielt assistere kirgurgen med at lokalisere patologisk væv eller fungere som et ekstra inputsignal til et automatisk robotsystem.