論文の概要: Autonomous Laparoscope Control through Unified Mechanics-Based Representation of Multimodal Intraoperative Information
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.04408v1
- Date: Wed, 06 May 2026 02:01:41 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-07 18:41:07.601937
- Title: Autonomous Laparoscope Control through Unified Mechanics-Based Representation of Multimodal Intraoperative Information
- Title（参考訳）: 統一力学に基づくマルチモーダル術中情報の表現による自律腹腔鏡制御
- Abstract要約: 腹腔鏡ロボットは、外科医に安定した腹腔鏡視野(FOV)を提供し、人間のアシスタントの負担を軽減することができる。
位置、力/トルク、画像などのマルチモーダル信号は、物理的意味や単位によって著しく異なる。
マルチモーダル情報の統一力学モデリングに基づく腹腔鏡保持型ロボット制御法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.527135413058856
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Laparoscope-holding robots can provide surgeons with a stable laparoscopic field of view (FOV) and reduce the burden on human assistants. To maintain an ideal intraoperative FOV, the robot must continuously adjust the laparoscope pose according to intraoperative information. However, intraoperative multimodal signals, such as position, force/torque, and images, differ markedly in physical meaning and units, making it difficult to build a unified representation and to generate control commands that can be used directly for laparoscope control. To address this issue, we propose a laparoscope-holding robot control method based on unified mechanics modeling of multimodal information. First, we design mapping strategies for multiple intraoperative sources, including position, force/torque, and images, and unify them into an equivalent-wrench representation in the operational space. Then, using a task-priority scheme, we inject the wrenches into the task space and the null space, respectively, and synthesize laparoscope control commands via task-priority projection, thereby achieving consistent representation and coordinated fusion of multimodal information within a single framework. Finally, taking the intraoperative remote center of motion (RCM) position, force/torque sensor readings, and laparoscopic images as examples, we construct an RCM-constraint wrench to enforce the RCM geometric constraint and reduce the contact force at the trocar site, a laparoscope-manipulation wrench to enable compliant dragging, and an instrument-tracking wrench to achieve autonomous visual tracking of the instruments. Experiments on a surgical phantom and in vivo porcine trials demonstrate that the proposed method supports multi-task operation, including compliant laparoscope manipulation and autonomous instrument tracking, while maintaining the RCM constraint and reducing sustained trocar-site loading.
- Abstract（参考訳）: 腹腔鏡ロボットは、外科医に安定した腹腔鏡視野(FOV)を提供し、人間のアシスタントの負担を軽減することができる。
理想的な術中FOVを維持するためには,術中情報に応じて腹腔鏡のポーズを連続的に調整する必要がある。
しかし、位置、力/トルク、画像などの術中マルチモーダル信号は、物理的意味や単位によって著しく異なるため、統一された表現の構築や、腹腔鏡直接的に使用可能な制御コマンドの生成が困難である。
この問題に対処するために,マルチモーダル情報の統一力学モデリングに基づく腹腔鏡保持型ロボット制御手法を提案する。
まず、位置、力/トルク、画像を含む複数の術中源のマッピング戦略を設計し、それらを操作空間における等価レンチ表現に統一する。
そこで,タスクプライオリティ・スキームを用いて,タスク空間とヌル空間にレンチを注入し,タスクプライオリティ・プロジェクションを介して腹腔鏡制御コマンドを合成することにより,単一のフレームワーク内でのマルチモーダル情報の一貫した表現とコーディネート融合を実現する。
最後に, 術中リモートセンターの位置, 力・トルクセンサ, 腹腔鏡像を例に, RCMの幾何学的制約を強制し, トロカル部位の接触力を低減するためのRCM拘束レンチ, コンプライアンス・ドラッグングを可能にする腹腔鏡操作レンチ, 機器の自律的な視覚的トラッキングを実現するための計器追跡レンチを構築した。
外科的幻覚とin vivoにおけるブタの試験実験では,RCM制約を維持しながら,腹腔鏡手術や自律的な計器追跡を含むマルチタスク操作を支援する方法が実証された。
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