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A Digital Twin Approach for Contextual Assistance for Surgeons During Surgical Robotics Training

Hagmann, Katharina und Hellings, Anja und Klodmann, Julian und Richter, Rebecca und Stulp, Freek und Leidner, Daniel (2021) A Digital Twin Approach for Contextual Assistance for Surgeons During Surgical Robotics Training. Frontiers in Robotics and AI (8), Seiten 305-319. Frontiers Media S.A. doi: 10.3389/frobt.2021.735566. ISSN 2296-9144.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/frobt.2021.735566

Kurzfassung

Minimally invasive robotic surgery copes with some disadvantages for the surgeon of minimally invasive surgery while preserving the advantages for the patient. Most commercially available robotic systems are telemanipulated with haptic input devices. The exploitation of the haptics channel, e.g., by means of Virtual Fixtures, would allow for an individualized enhancement of surgical performance with contextual assistance. However, it remains an open field of research as it is non-trivial to estimate the task context itself during a surgery. In contrast, surgical training allows to abstract away from a real operation and thus makes it possible to model the task accurately. The presented approach exploits this fact to parameterize Virtual Fixtures during surgical training, proposing a Shared Control Parametrization Engine that retrieves procedural context information from a Digital Twin. This approach accelerates a proficient use of the robotic system for novice surgeons by augmenting the surgeon’s performance through haptic assistance. With this our aim is to reduce the required skill level and cognitive load of a surgeon performing minimally invasive robotic surgery. A pilot study is performed on the DLR MiroSurge system to evaluate the presented approach. The participants are tasked with two benchmark scenarios of surgical training. The execution of the benchmark scenarios requires basic skills as pick, place and path following. The evaluation of the pilot study shows the promising trend that novel users profit from the haptic augmentation during training of certain tasks.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/145374/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Digital Twin Approach for Contextual Assistance for Surgeons During Surgical Robotics Training
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hagmann, Katharinakatharina.hagmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4273-3259NICHT SPEZIFIZIERT
Hellings, AnjaAnja.Hellings (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klodmann, JulianJulian.Klodmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, RebeccaRebecca.Richter (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stulp, FreekFreek.Stulp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9555-9517NICHT SPEZIFIZIERT
Leidner, DanielDaniel.Leidner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5091-7122NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 September 2021
Erschienen in:Frontiers in Robotics and AI
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.3389/frobt.2021.735566
Seitenbereich:Seiten 305-319
Verlag:Frontiers Media S.A
ISSN:2296-9144
Status:veröffentlicht
Stichwörter:minimally invasive robotic surgery, shared control, digital twin, virtual fixtures, surgical robotics training
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Robotik
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RO - Robotik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Medizinische Assistenzsysteme [RO]
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013) > Kognitive Robotik
Hinterlegt von: Hagmann, Katharina
Hinterlegt am:15 Nov 2021 08:54
Letzte Änderung:15 Nov 2021 08:54

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