针对特定患者的、具有角色感知功能的端口规划：用于床边 deployed 的多臂外科机器人——仿真验证与模型测试

《Journal of Robotic Surgery》：Patient-specific role-aware port planning for a bedside-distributed multi-arm surgical robot: simulation and phantom validation

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摘要

多臂手术机器人的术前端口布置必须考虑患者个体化的腹部解剖结构、机器人特有的运动中心（RCM）约束以及器械臂和内镜臂的不同任务需求。本研究开发并实际评估了一个针对四臂床边分布式手术机器人的、基于患者特征的端口规划框架。通过三张腹部计算机断层扫描（CT）图像提取腹部尺寸，并在每张图像中确定特定的病变中心。将这些数据与文献中报道的充气增量相结合，构建出针对具体病例的规划表面。在任务级评估之前，所有候选端口需满足器械臂的角色适用性和RCM定位的可行性限制。在基于熵的二次排序之前，器械端口首先要保证病变表面的覆盖率和可操作性；而内镜臂则优先考虑最大视野范围，仅在视野范围相同的情况下才会依据运动学标准进行排序。在三个基于CT案例的分析中，选定的左侧器械端口将病变表面覆盖率从70.2%–80.6%提升至100%，选定的右侧器械端口将器械的可操作性从0.444–0.460提升至0.683–0.748，内镜的视野范围增加了7.8–19.1毫米。通过锁存缓存 ablation 实验发现，取消器械优先级保留会改变所有六项选择结果，并使原始可操作性降低20.3–43.3%；而在保留优先级后重新调整熵权重所带来的变化较小。匹配的模型实验显示，在所有六个比较中，选定方案的器械可操作性均优于参考方案，且内镜视野范围也有所提高。在这项包含三个案例的概念验证性胆囊切除术研究中，这些结果证明了在术前端口规划中整合患者特定的解剖结构、机器人操作可行性以及明确的臂角色优先级的必要性，同时将任务关键因素与次要排序区分开来。

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