M. Hayashibe et al. / Surgical Robo

M. Hayashibe et al. / Surgical Robot Setup Simulation with Consistent Kinematics and Haptics 165
Figure 1. (a) System Configuration. (b) This system provides stereoscopic vision of virtual laparoscopic image
using liquid crystal shutter glasses and quad buffering. Surgeons can push and drag the arms of the virtual
surgical robot which has same kinematics as the real one.
A Data-Fusion system in which an inner structure virtual model is superimposed onto
the live laparoscopic image according to the direction of scope was developed in [3].
In this paper, we have developed a robot setup simulation system with kinematic and
haptic function for appropriate trocar site placement for abdominal surgery. The motion
of the surgical robot can be simulated and rehearsed in advance with the computation
of collisions between the robot arms, the constraints at the trocar site, and the inversekinematics
of the robot. Being integrated with a haptic interface, surgeons can push and
drag the arms of the virtual surgical robot which has same kinematics as the real one.
Each link shape and distances between links of the da Vinci surgical system were measured
in detail, and the geometric model was then created and reconstructed in a 3D
CAD software. Each link is described with the information including the child-parent relationship
based on Denavit-Hartenberg notation. This system mainly consists of this da
Vinci geometric model, typical 3D patient model and haptic device as shown in Fig.1 (a).
The typical patient model of a whole body structure was reconstructed from MRI images
scanned at 4mm intervals. For gastroenterological surgery, there are patient models of
stomach, liver, intestines, and kidney along with texture information. This typical model
can be used for general planning and in educational trials. Indeed, for clinical use and
fine planning, the preoperative CT/MRI image data of each patient should be segmented.
Once the trocar site has been determined, the manipulator makes a pivoting motion
around the incision point. The arm’s movable range, which depends on the fixed point,
is shown in the planning window. Setup planning can be conducted as the way in which
an endoscope is first inserted and then forceps are guided with reference to the virtual
stereo laparoscopic images. This system provides stereoscopic vision using liquid crystal
shutter glasses and quad buffering like in Fig.1 (b) to help spatial perception.
3. Planning for laparoscopic cholecystectomy using clinical data
The initial pose of the surgical robot and the incision site of the robot arm in laparoscopic
cholecystectomy have been be discussed and planned in this developed system. Fig.2 (a)

Kết quả (Việt) 1:

M. Hayashibe et al. / Robot phẫu thuật lập mô phỏng với phù hợp Kinematics và Haptics 165Hình 1. (a) hệ thống cấu hình. (b) hệ thống này cung cấp tầm nhìn lập thể của ảo ảnh nội soibằng cách sử dụng tinh thể lỏng màn trập kính và quad đệm. Bác sĩ phẫu thuật có thể đẩy và kéo tay ảophẫu thuật robot mà đã chuyển động học tương tự như một thực tế.Một hệ thống phản ứng tổng hợp dữ liệu trong đó một bên trong cấu trúc mô hình ảo chồng lênhình ảnh nội soi trực tiếp theo sự chỉ đạo của phạm vi được phát triển [3].Trong bài này, chúng tôi đã phát triển một hệ thống mô phỏng thiết lập robot với động vàHaptic chức năng thích hợp trocar trang web vị trí cho phẫu thuật bụng. Chuyển độngcủa phẫu thuật robot có thể được mô phỏng và luyện tập trước với những tính toánva chạm giữa các cánh tay robot, các khó khăn tại trang web trocar, và inversekinematics cáccủa robot. Được tích hợp với một giao diện haptic, bác sĩ phẫu thuật có thể đẩy vàkéo cánh tay robot phẫu thuật ảo mà đã chuyển động học tương tự như một thực tế.Mỗi liên kết hình dạng và khoảng cách giữa các liên kết của hệ thống phẫu thuật da Vinci được đochi tiết, và các mô hình hình học sau đó được tạo ra và xây dựng lại trong một mô hình 3DPhần mềm CAD. Mỗi liên kết được mô tả với các thông tin trong đó có mối quan hệ cha mẹ trẻ emDựa trên ký hiệu Denavit-Hartenberg. Hệ thống này chủ yếu bao gồm da nàyVinci mô hình hình học, điển hình mô hình 3D bệnh nhân và các thiết bị haptic như được hiển thị trong Fig.1 (a).Các mô hình bệnh nhân điển hình của một cấu trúc toàn bộ cơ thể được xây dựng lại từ MRI hình ảnhquét tại các khoảng 4mm. Đối với phẫu thuật gastroenterological, có những mô hình bệnh nhânDạ dày, gan, ruột và thận cùng với kết cấu thông tin. Mô hình điển hình nàycó thể được sử dụng để lập kế hoạch chung và trong các thử nghiệm giáo dục. Thật vậy, để sử dụng lâm sàng vàMỹ lập kế hoạch, các dữ liệu hình ảnh CT/MRI preoperative của từng bệnh nhân nên được phân đoạn.Một khi các trang web trocar đã được xác định, manipulator làm cho một chuyển động pivotingQuanh point vết rạch. Phạm vi di chuyển của cánh tay, mà phụ thuộc vào độ cố định,Hiển thị trong cửa sổ lập kế hoạch. Thiết lập kế hoạch có thể được tiến hành như là cách thức mànội soi một lần đầu tiên được đưa vào và sau đó kẹp được hướng dẫn với tham chiếu đến ảohình ảnh âm thanh nổi nội soi. Hệ thống này cung cấp tầm nhìn lập thể bằng cách sử dụng tinh thể lỏngmàn trập kính và quad đệm như trong Fig.1 (b) để giúp nhận thức không gian.3. lập kế hoạch cho nội soi cholecystectomy bằng cách sử dụng dữ liệu lâm sàngĐặt ra ban đầu của các robot phẫu thuật và các trang web vết rạch của cánh tay robot trong nội soicholecystectomy đã được thảo luận và lên kế hoạch trong hệ thống phát triển này. Fig.2 (a)

Kết quả (Việt) 2:

M. Hayashibe et al. / Phẫu thuật Robot Thiết lập mô phỏng với Kinematics Nhất quán và haptics 165
Hình 1. (a) Cấu hình hệ thống. (b) Hệ thống này cung cấp cái nhìn lập thể của hình ảnh nội soi ảo
bằng cách sử dụng kính màn trập tinh thể lỏng và quad đệm. Bác sĩ phẫu thuật có thể đẩy và kéo cánh tay của ảo
Robot phẫu thuật mà có cùng một chuyển động như thật.
Một hệ thống Data-Fusion trong đó một mô hình ảo cấu trúc bên trong được chồng lên
hình ảnh nội soi trực tiếp theo sự chỉ đạo của phạm vi đã được phát triển trong [ 3].
Trong bài báo này, chúng tôi đã phát triển một robot thiết lập hệ thống mô phỏng với động học và
chức năng xúc giác cho vị trí trang trocar thích hợp cho phẫu thuật bụng. Các chuyển động
của robot phẫu thuật có thể được mô phỏng và luyện tập trước với tính toán
của sự va chạm giữa các cánh tay robot, các hạn chế tại các trang web trocar, và inversekinematics
của robot. Được tích hợp với một giao diện haptic, bác sĩ phẫu thuật có thể đẩy và
kéo cánh tay của robot phẫu thuật ảo mà có cùng một chuyển động như thật.
Mỗi hình dạng liên kết và khoảng cách giữa các liên kết của hệ thống phẫu thuật da Vinci được đo
trong chi tiết, và các mô hình hình học sau đó đã được tạo ra và xây dựng lại vào một 3D
phần mềm CAD. Mỗi liên kết được mô tả với các thông tin bao gồm các mối quan hệ con cha mẹ
dựa trên Denavit-Hartenberg ký hiệu. Hệ thống này chủ yếu bao gồm da này
Vinci mô hình hình học, mô hình bệnh nhân điển hình 3D và thiết bị xúc giác như thể hiện trong hình 1 (a).
Các mô hình bệnh nhân điển hình của một cấu trúc toàn bộ cơ thể đã được xây dựng lại từ những hình ảnh MRI
quét tại các khoảng 4mm. Đối với phẫu thuật Gastroenterological, có những mô hình bệnh của
dạ dày, gan, ruột, thận và cùng với thông tin kết cấu. Mô hình điển hình này
có thể được sử dụng cho quy hoạch chung và trong các thử nghiệm giáo dục. Thật vậy, để sử dụng lâm sàng và
lập kế hoạch tốt, các dữ liệu hình ảnh CT / MRI trước phẫu thuật của mỗi bệnh nhân nên được phân đoạn.
Một khi các trang web trocar đã được xác định, thao túng làm cho một chuyển động pivoting
quanh điểm rạch. Phạm vi chuyển động của cánh tay, mà phụ thuộc vào điểm cố định,
được hiển thị trong cửa sổ kế hoạch. Lập kế hoạch thiết lập có thể được tiến hành như cách thức mà
một ống nội soi được đưa vào đầu tiên và sau đó kẹp được hướng dẫn với tham chiếu đến các ảo
ảnh nội soi thanh stereo. Hệ thống này cung cấp cái nhìn lập thể sử dụng tinh thể lỏng
kính màn trập và quad đệm như trong hình 1 (b) để giúp nhận thức về không gian.
3. Lập kế hoạch cho cắt túi mật nội soi bằng cách sử dụng dữ liệu lâm sàng
Các tư thế ban đầu của robot phẫu thuật và những chỗ bị rạch của cánh tay robot trong phẫu thuật nội soi
cắt bỏ túi mật đã được thảo luận và lên kế hoạch phát triển trong hệ thống này. Hình 2 (a)