专刊介绍
微创手术已彻底改变了现代医学，它能带来更少的疼痛、更快的恢复时间和更低的并发症风险。近年来，得益于人工智能、先进影像技术和智能机器人等前沿技术的进步，机器人辅助手术取得了显著进展。机器人技术和人工智能的融合进一步提升了微创手术的精确度、灵活性和稳定性，为更多临床应用的机器人手术开辟了道路 。为展示微创外科手术最新的技术进展并指明面临的挑战与机遇，《国际智能机器人与应用期刊》（IJIRA）2024年第四期刊登了“机器人技术与人工智能在微创手术中的应用进展专题”。该专题从51篇投稿中精选6篇论文，展示了智能机器人在微创手术领域的当前发展。这些论文从设计、建模、传感、感知和控制方法等多个角度探讨了推动微创手术机器人应用及其实际应用的技术成就。
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文章介绍
Robot-assistive minimally invasive surgery: trends and future directions
机器人辅助微创手术：趋势与未来方向
作者：Giulio Dagnino, Dennis Kundrat
来自德国弗朗霍夫研究院和荷兰特文特大学的学者在本文中回顾了机器人辅助手术（MIS）的发展历程，并总结了外科机器人平台和临床应用方面的突破。论文介绍了不同类型的医疗机器人及其在神经外科、骨科、腹腔镜、内腔干预、胶囊机器人和无绳微型/纳米机器人中的应用。此外，本文还讨论了导航、人机交互和人工智能等核心技术，这些技术可以在提高手术精确度、灵活性和导航能力的同时，减少干预的侵入性和提高手术效率。本文全面总结了医疗机器人及相关技术进展，讨论了科学界将在未来十年需要解决的机会与挑战，为该领域的学者提供了宝贵的方向的指引。
Teleoperation in robot-assisted MIS with adaptive RCM via admittance control
具有自适应RCM的的机器人辅助微创手术遥操作导纳控制
作者：Ehsan Nasiri, Srikarran Sowrirajan, Long Wang
本文提出了一种机器人辅助微创手术的遥操作框架，该框架纳入了自适应导纳控制系统，以适应移动远程运动中心（RCM）约束。本文中作者开发了一种紧凑、低成本且模块化的定制模块，以确保与7自由度机器人无缝集成。论文中详细说明了操作协议，包括遥操作轨迹映射、运动学建模、控制策略以及集成顺应性控制器。该系统已通过包括穿环、拾放物体以及轨迹跟踪在内的各种手术任务验证了其功能，在机器人辅助微创手术中表现出良好的可重复性。
An adaptive auxiliary framework for teleoperated laparoscopic surgery
遥操作腹腔镜手术的自适应辅助架构方法
作者：Yiwei Wang, Haoyuan Cheng, Yubo Sheng, Huan Zhao, Han Ding
为了使操作经验相对不足的医生在遥操作时的表现接近专家水平，本文提出了一种机器人手术辅助架构方法。该框架采用基于贝叶斯统计的目标预测算法，实现对操作员意图的预测，并使用信息熵来衡量预测目标的可信度。为了实现高效的手术任务执行，提出了一种基于动态气泡的自适应速度-位置混合控制方法，通过无频繁抓取和重新定位的方式，在精确缓慢运动和快速不太精确任务之间无缝切换。通过基于任务引导约束的虚拟夹具力辅助和基于预测目标的姿态自适应调整，提供遥操作辅助。该框架已在一个模拟腹腔镜手术平台上得到验证，该平台基于Sigma7遥控主设备和冗余自由度外科机器人辅助设备，以评估其可用性和有效性。与现有方案的全面性能比较表明，该框架在各项指标上表现出明显的优越性。
MR-based navigation for robot-assisted endovascular procedures
基于磁共振的机器人辅助血管内手术导航方法
作者：Jelle Bijlsma, Dennis Kundrat, Giulio Dagnino
机器人和计算机技术在精确执行血管内操作方面引起了越来越多的关注。当前血管内操作（无论是手动操作还是机器人辅助操作）的一个主要局限性是手术导航，仍然依赖于二维荧光透视。近年来的研究工作致力于磁共振引导操作，以减少电离辐射暴露，并改善血管内干预的诊断、规划、导航和执行。本文提出了一种基于磁共振的导航框架，用于机器人辅助手术的血管内手术。该框架允许实时获取磁共振图像、血管系统的分割、血管器械的跟踪，并生成基于磁共振的视觉和触觉引导。作为导航框架的关键部分，器械跟踪精度通过四项不同的实验评估，这些实验具有不同的采集设置、帧率和时间。实验结果表明，器械跟踪的精度在1.30至3.80毫米的均方根误差（RMSE）范围内，达到了临床可接受的标准。
Binocular-based dense 3D reconstruction for robotic assisted minimally invasive laparoscopic surgery
用于机器人辅助微创腹腔镜手术的基于双目视觉的密集3D重建方法
作者：Xin Sui, Yang Zhang, Xingwei Zhao, Bo Tao
腹部环境的高密度三维重建对于微创手术（MIS）中的计算机辅助手术（CAS）任务至关重要，包括与计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）的配准、手术机器人自主导航以及增强现实（AR）的应用。本文研究了基于双目腹腔镜的立体视觉技术，最终实现了基于视觉引导的快速高密度三维重建，涵盖了术前腹部环境和术中病变定位。通过引入双目约束和数据循环相结合的方式，改进了基于双目腹腔镜的手眼标定算法。由于从医学图像数据中获取深度真值具有挑战性，本文采用了一种基于视差注意机制（PAM）的双目无监督学习算法来进行深度估计，同时使用粗到细的金字塔优化方法最小化光度误差，从而通过并行处理获取腹腔镜轨迹并重建腹部环境。为了验证算法的有效性，构建了基于双目腹腔镜的机器人平台，并在腹部假体上进行了实验。结果表明，本文提出的方法在绝对姿态误差（APE）方面具有优势，能够实现基于视觉引导的精确术中病变定位。
Development of a leech-inspired peristaltic crawling soft robot for intestine inspection
一种用于肠道检查的仿水蛭蠕动爬行软体机器人开发
作者：Gongxin Li, Mindong Wang, Yazhou Zhu, Yadong Wang
对患者友好的肠道检查方法对于早期预防和及时诊断肠道疾病至关重要。尽管软体机器人在安全的人机交互性和高机动性方面显示出很大的潜力，但在柔软且精细的肠道结构中实现受控且不损伤的运动仍然是一个重大挑战。在本研究中，作者提出并设计了一种受蛭类启发的软体机器人，能够在类似肠道的环境中操作，同时确保无损且可控的功能性。该软体机器人由两个双腔吸附驱动器作为“足部”和一个可伸缩驱动器作为“躯体”组成，通过程序化控制吸附驱动器的交替运动和可伸缩驱动器的协同作用，使机器人能够进行爬行。通过数值仿真和在平面、坡度及类似肠道的管道等不同场景下的运动测试，验证了吸附驱动器的吸附特性与调节机制，以及机器人的运动性能。实验结果显示吸附驱动器最大吸附力可达3.17 N，软体机器人最大运动速度为9.29 mm/s。该研究为肠道疾病的检测与治疗提供了一种非侵入性且对患者友好的方法，在实际应用中具有广泛前景。
专刊客座编辑
白坤（联合主编），华中科技大学，中国
苏浩（联合主编），北卡罗来纳州立大学，美国
陈跃，佐治亚理工学院，美国
孙正隆，香港中文大学（深圳），中国
王龙，史蒂文理工学院，美国
期刊介绍
International Journal of Intelligent Robotics and Applications（IJIRA）是由Springer出版的英文国际期刊，旨在传播智能机器人领域的突出科研成果，探讨其未来应用前景，以帮助人类社会应对能源、交通、人口老化、医疗保健、环境和安全等方面的挑战。
该刊主要发表经同行评审、高质量的原创科研论文、简报及评论，涵盖机器人学领域的各类话题，如基础理论、技术进步，以及涉及制造业、航天器、生物医学、汽车、数据存储设备、医疗保健、家用电器和智能高速公路等应用领域的各种成果。目前期刊已被EI, ESCI, SCOPUS收录。返回搜狐，查看更多
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