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繞線取針:透過線操控實現自主縫合中的柔性針拾取

文章摘要

提出一種利用縫合線作為輔助工具的自主針拾取框架,可在針被遮擋或不可接近時實現間接拾取,避免組織損傷,並在達芬奇研究套件上驗證了魯棒性。

來源arXiv Robotics作者: Emma Huang, Zih-Yun Chiu, Neelay Joglekar, Shanglei Liu, Michael C. Yip
繞線取針:透過線操控實現自主縫合中的柔性針拾取
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自主縫合能力是手術機器人邁向更高臨床自主性的關鍵一步,而縫針的可靠拾取是這一流程中的基礎環節。在實際手術中,針可能因操作意外掉落,或者為了調整抓取角度而被策略性地釋放。然而,現有的自主針拾取方法通常引導機器人直接移向針並進行抓取,這嚴格限制了針必須處於視野內且可直接到達的條件。更為棘手的是,當針位於組織表面時,直接抓取極易導致機器人夾持到周圍組織,或者因針體光滑而使其彈跳移位,帶來潛在的安全風險。

針對這些痛點,本研究提出了一種創新性的自主框架,巧妙地利用縫合線本身作為輔助工具,實現間接針拾取。該框架的核心思想是:透過操控與針相連的縫合線,避免不必要的工具-組織接觸,從而允許在針被遮擋或無法直接接近的情況下依然完成拾取。完整的工作流程涵蓋多個關鍵步驟:首先,利用視覺系統對縫合線和周圍組織進行三維重建,生成精確的環境模型;其次,基於重建結果選擇安全的抓取點,確保拾取過程中不會損傷組織;接著,執行穩定的提線操作,將縫合線提起以使針脫離組織表面;最後,透過雙臂協作沿追蹤線運動,直至成功抓取針。機器人的控制策略充分考慮了視覺不確定性,以在真實手術環境中最大化魯棒性。

研究團隊在達芬奇研究套件(da Vinci Research Kit)上對框架進行了系統性評估,測試了多種具有挑戰性的真實條件,包括複雜的線配置和不可接近的針。實驗結果表明,該方法在各種場景下均表現出穩健的效能,顯著縮小了自主機器人策略在非結構化縫合環境中的應用差距。該研究成果已被IROS 2026會議接收,為未來更自主、更安全的手術機器人系統奠定了重要基礎。

展開要點與分析

文章情報

工程師進階

要點

  • 現有針拾取方法要求針可見且可直接接近,且抓取時可能夾傷組織或導致針彈跳。
  • 新框架透過操縱縫合線間接拾取針,包括線組織重建、安全抓取點選擇、穩定提線和雙臂跟線。
  • 在達芬奇研究套件上的實驗表明,即使線配置複雜或針不可接近,該方法仍表現穩健。

技術影響

可能影響 Agent 架構、工具呼叫、工作流自動化和產品整合。

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