ロボット手術におけるツール振動の触覚フィードバックのためのシステムのin vivo検証

背景：ロボットの低侵襲手術（RMIS）には、外科医がオープンおよび腹腔鏡手術に慣れている触覚（運動感覚および触覚）キューが欠けています。以前に、RMISシステムにツール振動の触覚と音声フィードバックを追加する方法を導入し、腹腔鏡ツールを使用するときに感じるものと同様の感覚を作成しました。私たちの以前の仕事は、ボックストレーナーのタスクを実行する外科医がこのフィードバックを持っていることを大幅に好み、タスクに集中するのに役立つと信じていることを示しましたが、臨床的に関連する設定で私たちのアプローチがどれほどうまく機能するかはわかりませんでした。この研究では、システムの最初の生体内テストを構成しました。 方法：ツールの振動を測定する加速度計を、Da Vinciの手術システムの患者側の操作剤に取り付けました。測定された振動は記録され、振動性チャネルとオーディオチャネルを介して外科医に提示され、2つの経腹膜腎摘出術と尿管尿管造stomyの2つの中央尿頭閉鎖は、ブタモデルで完了しました。結果として得られた30分間のビデオを調べて、操作イベントを識別およびタグ付けし、in vivo手順中にシステムが重要かつ意味のあるツール振動を測定できるかどうかを判断することを目的としています。 結果：合計1,404個の操作イベントが特定されました。各イベントの加速の分析により、これらのイベントの82％が有意な振動をもたらすことが示されました。さまざまな操作イベントで測定された加速度の大きさは大きく異なり、ハード接触が最大のキューを引き起こしました。 結論：この研究は、in vivo RMIの間にツール振動フィードバックを提供する可能性を示しています。ブタモデルの標準的な泌尿器科処置中のイベントの大部分について、大幅なツール振動が確実に測定されましたが、リアルタイム、自然主義的な触覚およびオーディオツールの振動フィードバックが外科医に提供されました。フィードバックシステムのモジュールは、daヴィンチの滅菌フィールドの外側に簡単に実装され、外科的処置を妨げませんでした。

BACKGROUND: Robotic minimally invasive surgery (RMIS) lacks the haptic (kinesthetic and tactile) cues that surgeons are accustomed to receiving in open and laparoscopic surgery. We previously introduced a method for adding tactile and audio feedback of tool vibrations to RMIS systems, creating sensations similar to what one feels and hears when using a laparoscopic tool. Our prior work showed that surgeons performing box-trainer tasks significantly preferred having this feedback and believed that it helped them concentrate on the task, but we did not know how well our approach would work in a clinically relevant setting. This study constituted the first in vivo test of our system. METHODS: Accelerometers that measure tool vibrations were mounted to the patient-side manipulators of a da Vinci S surgical system. The measured vibrations were recorded and presented to the surgeon through vibrotactile and audio channels while two transperitoneal nephrectomies and two mid-ureteral dissections with uretero-ureterostomy were completed on a porcine model. We examined 30 minutes of resulting video to identify and tag manipulation events, aiming to determine whether our system can measure significant and meaningful tool vibrations during in vivo procedures. RESULTS: A total of 1,404 manipulation events were identified. Analysis of each event's accelerations indicated that 82 % of these events resulted in significant vibrations. The magnitude of the accelerations measured for different manipulation events varied widely, with hard contact causing the largest cues. CONCLUSIONS: This study demonstrates the feasibility of providing tool vibration feedback during in vivo RMIS. Significant tool vibrations were reliably measured for the majority of events during standard urological procedures on a porcine model, while real-time, naturalistic tactile and audio tool vibration feedback was provided to the surgeon. The feedback system's modules were easily implemented outside the sterile field of the da Vinci S and did not interfere with the surgical procedure.