3.1 以影像为本的机械人手术自动化技术

手术机械人通常以遥操作模式工作，外科医生透过操控机械人完成复杂的手术任务。下一代手术机械人系统将更加智能化，以协助外科医生开展更精准的手术操作，和/或自动执行手术过程的某些特定步骤。该智能手术机械人的开发面临几个重大的科研挑战，包括（1）如何高效可靠地感知手术对象及环境；(2) 如何在高度动态变化和不同病人独特的环境中自动进行术前手术计划和术中导航；(3)如何安全、准确地控制手术器械的动作；（4）如何为手术机械人集成高度智能，例如整体状态感知和推理能力。

通过结合不同领域的专业知识和经验，我们旨在开发应对这些挑战的创新解决方案，其中包括 (1) 用于实时感知手术对象的三维几何形状、力和生物力学特性的新型系统和算法；(2) 基于医院采集的机械人手术的海量图像数据，进行数据驱动的智能手术计划和导航；(3) 机械人与软组织交互的视觉伺服控制器； (4) 基于深度学习的机器人手术智能。这些技术将集成到图像引导手术机器人样机中，该机器人能够自动协助外科医生以及执行单个手术步骤或连续多个的手术步骤。我们将以腹腔镜子宫切除术 (TLH) 为例，通过体外实验验证该系统，获得批准后将进行临床试验和试点应用。