利用外科手術活動語法進行腹腔鏡手術主要意圖預測

Kernekoncepter

結合深度神經網絡和外科手術活動語法,可以顯著提高腹腔鏡手術主要意圖的識別性能。

Resumé

本文提出了一種新的框架,結合自上而下的語法結構和自下而上的視覺線索,用於提高腹腔鏡手術中主要意圖(PI)的識別。該框架包括三個主要步驟:

1. 使用深度神經網絡模型預測不同PI在視頻幀上的概率。
2. 利用外科手術活動語法自動學習手術過程的潛在結構。
3. 將預測的概率與學習到的語法結合,確定最可能的PI序列。

實驗結果表明,與僅依賴視覺特徵的現有方法相比,我們的語法增強框架在PI識別方面有顯著改善。這為開發具有增強規劃和自動化能力的先進機器人外科手術系統提供了一個有前景的基礎。

Statistik

在腹腔鏡膽囊切除術中,主要意圖(PI)可以表示為<動詞,目標組織>的形式,如<剝離,膽囊管>。
現有的基於視覺特徵的方法在處理複雜的手術視頻數據時存在挑戰,如遮擋、光度失真和歧義性。
外科手術活動具有階層結構,類似於自然語言的語法,可以提供有價值的自上而下的視角,改善PI識別。

Citater

"外科手術是一個複雜而動態的過程,包含複雜的依賴關係和各種執行路徑。準確識別關鍵行動背後的意圖(即主要意圖)對於理解和規劃手術過程至關重要。"
"我們提出的框架通過結合自上而下的語法結構和自下而上的視覺線索,為PI識別提供了更全面的理解。"

Vigtigste indsigter udtrukket fra

Leveraging Surgical Activity Grammar for Primary Intention Prediction in Laparoscopy Procedures

by Jie Zhang, S... kl. arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.19579.pdf

Dybere Forespørgsler

如何進一步利用外科手術活動的語法結構,為自主外科手術機器人的高層次任務規劃開發更強大和適應性更強的算法?

為了進一步利用外科手術活動的語法結構來開發更強大和適應性更強的算法，可以考慮以下幾個方向：

層次化任務規劃：通過將外科手術過程分解為不同的層次（如階段、步驟和動作），可以建立一個層次化的任務規劃框架。這樣的框架可以幫助自主外科手術機器人更好地理解手術的整體結構，並根據具體情況調整其行動計劃。

動態調整能力：利用語法結構中的時間依賴性和上下文信息，開發能夠根據手術進展和患者狀況動態調整的算法。這樣的算法可以在手術過程中即時評估當前情況，並根據預定的語法結構調整行動。

強化學習與語法結合：將強化學習技術與外科手術的語法結構相結合，通過模擬和實際手術數據訓練機器人，使其能夠在複雜的手術環境中學習最佳行動策略。這樣的結合可以提高機器人的適應性和自主性。

多模態數據融合：整合視覺、觸覺和其他感知數據，利用語法結構來引導數據的解釋和行動決策。這樣可以提高機器人對手術環境的理解，並增強其在不確定情況下的決策能力。

外科手術過程與自然語言之間的相似性是否意味著最近在大型語言模型(LLM)領域取得的進展也可以應用於外科自動化?

是的，外科手術過程與自然語言之間的相似性確實意味著最近在大型語言模型（LLM）領域取得的進展可以應用於外科自動化。具體而言，這種相似性體現在以下幾個方面：

結構化表示：外科手術過程可以被視為一系列有序的動作和意圖，類似於自然語言中的句子結構。LLM能夠理解和生成語言的能力可以被轉化為理解和生成手術過程的能力，從而幫助機器人更好地執行手術。

上下文理解：LLM在處理語言時能夠考慮上下文信息，這一特性同樣適用於外科手術。通過訓練模型理解手術的上下文，機器人可以在手術過程中做出更為精確的決策。

生成式任務規劃：LLM的生成能力可以用於自動生成手術計劃和步驟，這對於自主外科手術機器人來說是非常有價值的。這樣的生成式任務規劃可以提高手術的效率和安全性。

知識轉移：LLM可以從大量的文本數據中學習知識，這一點可以應用於外科手術的知識庫建設。通過將手術知識轉化為可供機器人使用的格式，可以提高其在手術中的表現。

除了腹腔鏡手術,語法模型在其他外科手術類型中的應用潛力如何?

語法模型在其他外科手術類型中的應用潛力是相當廣泛的，具體表現在以下幾個方面：

開放性手術：在開放性手術中，手術步驟和動作同樣具有層次化的結構。語法模型可以幫助識別和規劃這些步驟，從而提高手術的準確性和效率。

微創手術：微創手術通常涉及複雜的動作和精細的操作，語法模型可以用於分析和優化這些動作，幫助機器人更好地執行手術。

心臟手術：心臟手術的過程中，醫生需要根據患者的具體情況進行即時調整。語法模型可以幫助機器人理解這些調整的必要性，並根據手術進展動態調整行動。

神經外科手術：神經外科手術需要極高的精確度和靈活性，語法模型可以幫助機器人理解手術的複雜性，並在手術過程中提供即時的決策支持。

總之，語法模型在各類外科手術中的應用潛力不僅限於腹腔鏡手術，還可以擴展到其他多種手術類型，從而促進外科自動化的發展。