論文の概要: Safe Navigation for Robotic Digestive Endoscopy via Human Intervention-based Reinforcement Learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.15688v1
• Date: Tue, 24 Sep 2024 03:01:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-09-26 09:11:12.513376
• Title: Safe Navigation for Robotic Digestive Endoscopy via Human Intervention-based Reinforcement Learning
• Title（参考訳）: 人間の介入による強化学習によるロボット消化内視鏡の安全ナビゲーション
• Authors: Min Tan, Yushun Tao, Boyun Zheng, GaoSheng Xie, Lijuan Feng, Zeyang Xia, Jing Xiong,
• Abstract要約: RDE の安全性を高めるため,Human Intervention (HI) をベースとした Pximal Policy Optimization フレームワーク HI-PPO を提案する。 標準PPOの低探査効率に対応するため, 改良探査機構 (EEM) を導入する。 また,初回介入時の安全でない行為を罰する報酬報酬調整(RPA)も導入した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.520042381826271
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: With the increasing application of automated robotic digestive endoscopy (RDE), ensuring safe and efficient navigation in the unstructured and narrow digestive tract has become a critical challenge. Existing automated reinforcement learning navigation algorithms, often result in potentially risky collisions due to the absence of essential human intervention, which significantly limits the safety and effectiveness of RDE in actual clinical practice. To address this limitation, we proposed a Human Intervention (HI)-based Proximal Policy Optimization (PPO) framework, dubbed HI-PPO, which incorporates expert knowledge to enhance RDE's safety. Specifically, we introduce an Enhanced Exploration Mechanism (EEM) to address the low exploration efficiency of the standard PPO. Additionally, a reward-penalty adjustment (RPA) is implemented to penalize unsafe actions during initial interventions. Furthermore, Behavior Cloning Similarity (BCS) is included as an auxiliary objective to ensure the agent emulates expert actions. Comparative experiments conducted in a simulated platform across various anatomical colon segments demonstrate that our model effectively and safely guides RDE.
• Abstract（参考訳）: 自動消化内視鏡(RDE)の応用が進むにつれて、非構造的かつ狭い消化管における安全かつ効率的なナビゲーションの確保が重要な課題となっている。 既存の自動強化学習ナビゲーションアルゴリズムは、人間の介入が欠如しているため、しばしば潜在的に危険な衝突を引き起こし、実際の臨床実践におけるRDEの安全性と有効性を著しく制限する。 この制限に対処するため,RDEの安全性を高めるために専門家の知識を取り入れたHuman Intervention (HI)-based Proximal Policy Optimization (PPO) フレームワーク HI-PPO を提案した。 具体的には、標準PPOの低探査効率に対応するために、拡張探査機構(EEM)を導入する。 さらに、初期介入時に安全でない行為をペナルティ化するために報酬報酬調整(RPA)が実施される。 さらに、エージェントが専門家の行動をエミュレートするために、行動クローン類似性(BCS)が補助的な目的として含まれる。 各種解剖学的大腸領域にまたがる模擬プラットフォームで行った比較実験により,我々のモデルがRDEを効果的かつ安全にガイドしていることが判明した。

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