Модернизация робота-хирурга Da-Vinci | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 3 октября, печатный экземпляр отправим 7 октября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №50 (184) декабрь 2017 г.

Дата публикации: 17.12.2017

Статья просмотрена: 347 раз

Библиографическое описание:

Поезжаева, Е. В. Модернизация робота-хирурга Da-Vinci / Е. В. Поезжаева, Д. Э. Пронькин, А. С. Алексутин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 50 (184). — С. 73-76. — URL: https://moluch.ru/archive/184/47288/ (дата обращения: 20.09.2020).



В статье рассмотрена конструкция робота-хирурга, предназначенного для робот-ассистированной лапароскопии. Представлено расширение возможности данного робота, при помощи системы отслеживания движения глаз хирурга и передачи ему тактильных ощущений.

Ключевые слова: хирургическая система, консоль хирурга, графический процессор, медицина, робот-хирург, система отслеживания, оптоволоконный жгут, линза

Хирургическая система Da-Vinci представляет собой сложную роботическую платформу, предназначенную для расширения возможностей хирурга. Система состоит из трех консолей: консоли хирурга, консоли пациента и консоли технического зрения.

Хотя ее часто называют «робот», система Da-Vinci не может двигаться или действовать самостоятельно, она полностью находится под управлением хирурга.

Одно из основных отличий комплекса Da-Vinci — то, что доктор оперирует не стоя, а сидя за консолью хирурга. В стереовидоискатель хирург видит сильно увеличенное 3D-изображение операционного поля (внутренностей организма). Для работы хирург использует манипуляторы, которые действуют как джойстики. Через манипуляторы Da-Vinci транслирует все движения рук хирурга (и пальцев, и запястий) в точные движения миниатюрных инструментов, находящихся на консоли пациента.

Консоль пациента вмещает до трех миниатюрных инструментов EndoWrist и одну 3D-камеру. Инструменты и камера вводятся в тело пациента (в нужную анатомическую область) через разрезы длиной 1–2 см. Для выполнения каждого вида операций используется свой особый набор инструментов, специально разработанный для наиболее эффективной и удобной работы хирурга. Во время проведения операции один ассистент должен находиться у консоли пациента. Этот член операционной команды помогает хирургу с переключением между инструментами. На сенсорном экране консоли технического зрения ассистент видит то же изображение, что и хирург в стереовидоискателе. Консоль технического зрения содержит центральный обрабатывающий центр и видеосистему, включая основной блок, блок управления камерой и осветитель

В настоящее время присутствует сложность выполнения лапароскопической операции. Проблема состоит в том, что графический процессор, который установлен в консоли хирурга, не способен создавать статическую 3D-модель сердца, но присутствует возможность запрограммировать хирургического роботаDa-Vinciтак, чтобы он сам компенсировал биения сердца, т. е. хирург (за пультом управления) видит перед собой неподвижное сердце и спокойно проводит на нем операцию, а робот Da-Vinci двигает скальпелем и манипуляторами, самостоятельно компенсируя движения сердца.

Для расширения возможностей необходимо оборудовать манипулятор робота Да Винчи системой отслеживания глаз хирурга и передачи ему тактильных ощущений, как будто он проводит операцию своими руками. То есть манипуляторы передают обратную связь от роботизированной руки, которая непосредственно касается пациента (рис. 1).

C:\Users\Ксения\Desktop\77777.jpg

Рис. 1.

Предлагается модернизация данной конструкции: устройство может включать один или большее число компонентов, включая камеру, имеющую, по меньшей мере, один объектив, направленный в сторону, по меньшей мере, одного глаза пользователя.

С помощью камеры может осуществляться мониторинг движений глаз пользователя, а движение глаз может быть сопоставлено с указателем на дисплее, чтобы указатель следовал за движением глаз, например, подобно компьютерной мыши. При желании, камера может осуществлять мониторинг глаз пользователя по заданным показателям, например, по морганиям в заданные промежутки времени, которые могут соответствовать инструкциям по выполнению одной или большего числа команд, отождествляемых с указателем на дисплее, например, подобно двойному щелчку компьютерной мыши.

Как показано, устройство включает шлем 1, который может надеваться на голову пользователя, и биосенсорную конструкцию 2. Шлем 1 включает очки 3. Как показано, биосенсорная конструкция 2 включает камеру 4, установленную на верхней части шлема 1, например, используя липучку типа «Velcro», полоски и/или другие временные или сменные фиксаторы. Это может позволить снимать камеру 2, когда она не применяется.

Для получения изображения глаз пользователя от одной или большего числа «эндокамер» биосенсорная конструкция 2 также включает один или большее число оптоволоконных жгутов 5, которые проходят от камеры 4 к передней стороне шлема 1. Как показано, пара оптоволоконных жгутов 5 проходит от камеры 4 к соответствующим трубкам очков 3.

Концы 6 оптоволоконных жгутов 5 могут быть присоединены постоянно или присоединяться съемно к очкам 3, например, к кронштейнам 7, присоединенным к очкам 3, или иным образом отходящим от них.

Конец 6 каждого оптоволоконного жгута 5 может включать одну или большее число линз, например, линзу 8 объектива, которая может фокусировать световод на глаз пользователя. Кроме того, линза 8 объектива может оптимизировать дистанцию обзора, например, до приблизительно двух дюймов, таким образом, улучшая фокусирование в глазах пользователя.

Внешняя камера может позволить или облегчить временную и пространственную синхронизацию, позволяя перекрывать или наслаивать изображение(я) с эндокамеры на изображения с внешней камеры для отслеживания глаза идентифицировать «куда», «на что» и/или «как долго» глаза пользователя смотрят по отношению к направлению положения головы пользователя.

Изображения от камеры 4 могут быть переданы от устройства по кабелю 9. Например, устройство отображения может преобразовывать оптические изображения из активной области в электрические сигналы, которые могут быть переданы по кабелю 9 на один или большее число процессоров и/или контроллеров.

Данная модернизация возможна, если заменить стандартный графический процессор на новый от компании NVidia — NVIDIA TESLA P100 (рис. 2).

tesla-p100-chipshot-3

Рис. 2

На данный момент NVIDIA Tesla — ведущая мировая платформа для ускоряемых дата-центров. Она объединяет в себе графические ускорители, ускоренные вычислительные системы, технологии коммуникации, инструменты для разработки и приложения для ускорения научных открытий и анализа данных. В основе платформы NVIDIA Tesla лежат массивно параллельные графические процессоры, которые обеспечивают значительно более высокую скорость обработки данных для задач, требующих большого объема вычислений.

http://www.3dnews.ru/assets/external/illustrations/2016/08/24/938344/866-1.jpg

Рис. 3.

В этом году NVIDIA порадовала любителей нерядовых новинок в сегменте дискретной графики картами на 16-нм чипах GP100 и GP102. Различия между старшим GPU для HPC-систем (GP100) и его производным — адаптером для широкого круга задач (GP102) оказались весьма существенными (рис. 3). В частности, проприетарный интерфейс NVLink, отличающий серверный графический процессор от собрата, способен обеспечивать пропускную способность в 40 Гбайт/с на один порт. Для сравнения, аналогичное значение для разъёма PCI Express 3.0 x16 составляет 16 ГТ/с (15,75 Гбайт/с), а для будущего PCI Express 4.0 x16–32 ГТ/с (31,5 Гбайт/с). При этом одним соединением NVLink дело не ограничивается. Так, у ускорителя Tesla P100 на чипе Pascal GP100 четыре порта NVLink (рис.4), и, соответственно, пиковая пропускная способность достигает 160 Гбайт/с (4 × 40 Гбайт/с).

NVLink открывает возможность взаимодействия GPU двух систем

Рис. 4.

Вторая версия NVLink принесёт увеличение пропускной способности интерфейса с 20 до 25 Гбит/с на контакт, с 40 до 50 Гбайт/с на один порт и со 160 до 200 Гбайт/с на один GPU. Преимущество NVLink над PCI Express 4-го поколения будет весьма впечатляющим — 6,35 раза (четыре порта NVLink против 16-скоростного PCI-E 4.0).

‒ Простой контроль и управление кластерами на основе GPU с помощью инструментов для управления системой NVIDIA

‒ Плавное развертывание приложений благодаря сертификации НППО

‒ Тестирование на отсутствие ошибок в самых тяжелых условиях

Таким образом, данное решение предоставит хирургам бесконтактный доступ к критически важным и срочным данным в операционной, позволяя им просто использовать свой взгляд. Это поможет снизить необходимость сложных взаимодействий между инструментами медицинской визуализации и хирургом, что, следовательно, сделает процесс гораздо более эффективным и безопасным, а с помощью данного Nvidiatesla p100 хирург сможет видеть четкую и статическую 3D-модель сердца (рис. 5).

сердце

Рис. 5.

Литература:

  1. Консоли робота // da Vinci. Хиркргия. URL: http://www.robot-davinci.com/about/units/ (дата обращения: 11.11.2017).
  2. Робот да Винчи // LiveMD. URL: http://www.livemd.ru/tags/robot_da_vinchi/ (дата обращения 11.11.2017).
  3. Поезжаева Е. В., Теория механизмов и механика машин. Промышленные роботы: учеб. Пособие: Изд-во Перм. Гос. техн. ун-та, 2016.-Ч.2.-185с. Гриф УМОАМ.
  4. Поезжаева Е. В. Промышленные роботы: учеб. пособие 3 кн.– Пермь: Издательство ПГТУ. Пермь 2009. Гриф МГТУ им. Н. Э. Баумана.
  5. Поезжаева Е. В. Концепция развития робототехники: учеб. Пособие: Изд-во Перм. Гос. техн. ун-та, 2017.-480с. Гриф МГТУ им. Н. Э. Баумана.
  6. TESLA // Nvidia. URL: http://www.nvidia.ru/object/tesla-p100-ru.html (дата обращения 11.11.2017).
  7. ISC 2017 // Servernews URL: https://servernews.ru/tags/tesla %20p100 (дата обращения 11.11.2017).
Основные термины (генерируются автоматически): NVIDIA, GPU, PCI, глаз пользователя, консоль пациента, консоль хирурга, камера, один, техническое зрение, хирург.


Ключевые слова

медицина, хирургическая система, консоль хирурга, графический процессор, робот-хирург, система отслеживания, оптоволоконный жгут, линза

Похожие статьи

Аппаратная система для визуализации текстур вен

Рис. 2. График зависимости чувствительности человеческого глаза от спектра длин видимых световых волн.

Аппарат снабжен двумя гиперспектральными и двумя мультиспектральными камерами. Очки Eyes-OnGlasses визуализируют анатомию кровеносных сосудов пациента и...

Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности

Даже при относительной неподвижности взгляда, глаза совершают микродвижения.

За одно измерение возможно отследить одну из составляющих движения глаз — вертикальную или горизонтальную.

Не требуют жёсткой фиксации головы пользователя, но сильная...

Вычисление расстояния до наблюдаемого объекта по...

Рубрика: Технические науки.

Актуальность данной работы заключается в том, что определение расстояния до объекта по изображениям с двух камеродна из ключевых задач систем компьютерного зрения.

Определение ключевых компетенций врача общей практики

Общие умения, которыми должен обладать врач общей практики заключаются в следующем

3. Осуществление динамического наблюдения за состоянием здоровья пациентов с проведением врачебного обследования и необходимых оздоровительных мероприятий.

Моделирование системы доступа к медицинским сведениям

Рубрика: Технические науки.

U — множество пользователей; R — роли: администратор, главный врач, заместитель главного врача

При этом необходимо информировать пациента о запросе его данных (если состояние пациента позволяет произвести информирование).

Офтальмологическая реабилитация больных ювенильным...

У этих пациентов первые жалобы отмечались со стороны органа зрения (рецидивирующий увеит, рецидивирующий кератит и др.).

Согласно рекомендациям Европейского и Американского обществ катарактальных и рефракционных хирургов, препаратами выбора для...

Операционные системы мобильных мультимедиа устройств для...

С технической точки зрения прошивка — это бинарный файл, который записывается в энергонезависимую память устройства.

Благодаря наличию широкого ассортимента смартфонов, пользователи могут выбрать именно тот телефон, который им нравится и...

Хроническая обструктивная болезнь легких: компьютерная...

Технические параметры при выполнении КТВР были следующими: напряжение 130 кВ, сила тока 120мAс, время сканирования 2 с, толщина среза 1 мм

У 7 пациентов(2–3 й стадий) зоны пониженной плотности, округлой формы и небольших размеров (2–3 мм) располагались также...

Взгляд на проблему оперативного лечения межпозвоночных грыж

Взгляд на исходы хирургического лечения. В серии из 100 больных после дискэктомии через 1 год после операции полное исчезновение боли в ноге было у 73 % пациентов, а поясничная боль — у 63 %.

Похожие статьи

Аппаратная система для визуализации текстур вен

Рис. 2. График зависимости чувствительности человеческого глаза от спектра длин видимых световых волн.

Аппарат снабжен двумя гиперспектральными и двумя мультиспектральными камерами. Очки Eyes-OnGlasses визуализируют анатомию кровеносных сосудов пациента и...

Анализ методов и систем регистрации окуломоторной активности

Даже при относительной неподвижности взгляда, глаза совершают микродвижения.

За одно измерение возможно отследить одну из составляющих движения глаз — вертикальную или горизонтальную.

Не требуют жёсткой фиксации головы пользователя, но сильная...

Вычисление расстояния до наблюдаемого объекта по...

Рубрика: Технические науки.

Актуальность данной работы заключается в том, что определение расстояния до объекта по изображениям с двух камеродна из ключевых задач систем компьютерного зрения.

Определение ключевых компетенций врача общей практики

Общие умения, которыми должен обладать врач общей практики заключаются в следующем

3. Осуществление динамического наблюдения за состоянием здоровья пациентов с проведением врачебного обследования и необходимых оздоровительных мероприятий.

Моделирование системы доступа к медицинским сведениям

Рубрика: Технические науки.

U — множество пользователей; R — роли: администратор, главный врач, заместитель главного врача

При этом необходимо информировать пациента о запросе его данных (если состояние пациента позволяет произвести информирование).

Офтальмологическая реабилитация больных ювенильным...

У этих пациентов первые жалобы отмечались со стороны органа зрения (рецидивирующий увеит, рецидивирующий кератит и др.).

Согласно рекомендациям Европейского и Американского обществ катарактальных и рефракционных хирургов, препаратами выбора для...

Операционные системы мобильных мультимедиа устройств для...

С технической точки зрения прошивка — это бинарный файл, который записывается в энергонезависимую память устройства.

Благодаря наличию широкого ассортимента смартфонов, пользователи могут выбрать именно тот телефон, который им нравится и...

Хроническая обструктивная болезнь легких: компьютерная...

Технические параметры при выполнении КТВР были следующими: напряжение 130 кВ, сила тока 120мAс, время сканирования 2 с, толщина среза 1 мм

У 7 пациентов(2–3 й стадий) зоны пониженной плотности, округлой формы и небольших размеров (2–3 мм) располагались также...

Взгляд на проблему оперативного лечения межпозвоночных грыж

Взгляд на исходы хирургического лечения. В серии из 100 больных после дискэктомии через 1 год после операции полное исчезновение боли в ноге было у 73 % пациентов, а поясничная боль — у 63 %.

Задать вопрос