論文の概要: Recording Hand-Held Laparoscopic Instrument Motion in the Operating Room: Magnetometer-Free Fusion of Inertial, Range and Visual Sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.25577v1
- Date: Tue, 22 Sep 2026 02:14:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-23 18:04:04.177124
- Title: Recording Hand-Held Laparoscopic Instrument Motion in the Operating Room: Magnetometer-Free Fusion of Inertial, Range and Visual Sensing
- Title（参考訳）: 手術室におけるハンドヘルド腹腔鏡装置の動作記録:慣性・距離・視覚センシングの磁力計無し融合
- Abstract要約: 本報告では, 患者に侵入する部位を変更することなく, 従来の器具にクリップする手術器具-状態ロガーについて述べる。
ヘッドは磁力計の代わりにUネットで区切られたシャフトシルエットから来ている。
同じクリップオン装置は、通常の手持ち腹腔鏡で計測された先端の軌跡を記録できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.8128193601447617
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Most minimally invasive procedures are still performed with hand-held laparoscopic instruments, yet only the endoscopic video is retained; the instrument motion that expresses surgical skill, and that could support skill assessment and robot learning, is lost. Pose from video alone remains millimeters to centimeters off, and an instrument-mounted inertial measurement unit (IMU) cannot rely on its magnetometer, whose field changed with tool pose and between sessions in our measurements. We present a surgical instrument-state logger that clips onto a conventional instrument without modifying the part that enters the patient and fuses a six-axis IMU and a time-of-flight (ToF) rangefinder with a markerless camera in an error-state Kalman filter under the remote center of motion (RCM) of the trocar. Heading comes from the shaft silhouette, segmented by a U-Net, in place of the magnetometer: the rotation-angle error is 0.200°, against 3.58° from the accelerometer and magnetometer alone. Against a Franka Research 3 manipulator, and without alignment to it, the displacement error over 300 translation trials was 1.21mm RMS and the relative-rotation error over 180 rotation trials 0.34° RMS. On continuous trajectories, tracked and displayed in real time, the absolute tip error was 1.22mm (programmed) and 3.04mm (teleoperated) after post-hoc tuning of three filter parameters, and the full fusion beat every sensor subset. Because the estimator uses no magnetic measurement, its accuracy does not rely on an undisturbed field. The same clip-on device could thus record metric tip trajectories during routine hand-held laparoscopy, while displaying the insertion depth and attitude that are hidden once the instrument is inside the patient.
- Abstract（参考訳）: ほとんどの最小侵襲の手術は手持ちの腹腔鏡装置で行われているが、内視鏡的ビデオのみが保持されており、外科的スキルを表現し、技能評価やロボット学習を支援する機器の動きは失われている。
計器搭載慣性測定ユニット(IMU)は、ツールのポーズや測定のセッション間でフィールドが変化した磁力計を頼りにすることはできない。
遠隔移動(RCM)下にある誤差状態カルマンフィルタにおいて、6軸IMUとタイム・オブ・フライ(ToF)レンジファインダーをマーカーレスカメラで融合させる。
ヘッドは磁力計の代わりにUネットで区切られたシャフトシルエットから来ており、回転角誤差は0.200°であり、加速度計と磁力計だけで3.58°である。
フランカ・リサーチ3のマニピュレータに対して、300回以上の翻訳試験の変位誤差は1.21mm RMSであり、相対回転誤差は180回回転試験の0.34° RMSであった。
連続トラジェクトリでは、追跡およびリアルタイムで表示され、絶対的な先端誤差は3つのフィルタパラメータのポストホックチューニング後の1.22mm(プログラム)と3.04mm(操作)であり、全融合が全てのセンサーサブセットを上回った。
推定器は磁気測定を使わないため、精度は乱れていない磁場に依存しない。
同じクリップオン装置は、通常手持ちの腹腔鏡で測定された先端の軌跡を記録できると同時に、楽器が患者の体内に隠されたときの挿入深さと姿勢を表示できる。
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