课题基金基金详情
面向术中吞咽呛咳突发事件的支撑喉镜手术机器人智能化应急安全体系的研究
结题报告
批准号:
81900952
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
陈歆维
依托单位:
学科分类:
H1406.耳鼻咽喉头颈科学研究新技术与新方法
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
突发吞咽、呛咳引起的位移会显著增加咽喉机器人手术的安全风险,目前缺乏针对性的解决方案。在前期 “支撑喉镜专用手术机器人系统”基础上,申请人进行理论研究,创立基于仿生学的“图像识别-自动反馈-术者监控”应急安全保护模式;并以此为基础,展开功能性研究。首先进行二维内镜图像三维配准、计算机图像跟踪及识别相关算法的优化;然后采用分层强化学习算法,深度学习先验临床数据和大动物动态实验数据,实现准确自动识别不同“手术场景”下“吞咽和/或呛咳状态”作出相应机(器)械位姿调整,研发出面向术中吞咽呛咳突发事件的支撑喉镜手术机器人智能化应急安全体系。本研究将为研发更为安全的自有知识产权的喉部专用手术机器人打下基础,填补当前手术机器人智能应急安全保护系统研究的空白,实现手术机器人性能与安全性并重,造福广大患者。
英文摘要
Sudden swallowing and cough-induced displacement can significantly increase the safety risk of laryngoscopic robot surgery. To date there is no specific solution. On the basis of previous work on "self-retaining laryngoscope specific surgical robot system", theoretical research will be initiated to build a human physiological reflection based emergency protection mode, which is "image recognition-automatic feedback-operator monitoring". Functional research then will be conduct. Three-dimensional registration of two-dimensional endoscopic images, computer image recognition and motion tracking related algorithms will be optimized. Through deep learning of prior clinical data and animal dynamic experimental pooled data, layered reinforcement learning algorithm will be utilized to automatically identify different task subsets, which are formed by “surgical scenes” and “swallowing and/or coughing states”. By these steps, an intelligent emergency protection system for self-retaining laryngoscope surgery to deal with intraoperative swallowing and coughing emergencies will be developed. This research will lay a foundation for the development of a safer laryngeal surgery robot. It will fill the gap of current research on the intelligent emergency protection system of surgical robots, and achieve equal emphasis on high performance and safety for surgical robots, so as to benefit the patients.
目前针对咽喉手术机器人的安全问题如术中突发吞咽、呛咳引起位移,罕有系统性理论研究和有针对性的功能研究。本研究在前期创立基于仿生学的“图像识别-自动反馈-术者监控”应急安全保护模式的基础上,展开功能性研究。首先,课题组优化了二维内窥镜图像三维配准算法,完善了喉科手术机器人面向内镜下喉肿物切除手术的单目内窥镜图像增强现实技术。其次,进行了基于VGG16和DenseNet的四通道三维卷积神经网络机器学习算法优化。而后,执行了不同喉镜下不同手术场景自动识别的机器学习、动物实验动态学习及验证不同手术场景下吞咽、呛咳紧急状态的系统识别及自动反馈研究。最后,将以上成果与现有支撑喉镜手术机器人系统的融合,优化支撑喉镜系统、完善相关患者登记系统的研发,整合完成了面向术中吞咽呛咳突发事件的支撑喉镜手术机器人智能化应急安全体系的研发。相关成果发表SCI/EI 2篇,中文核心期刊论文1篇,申请相关发明专利1项,多次参与国际国内学术交流。本研究提高了课题组现有手术机器人的智能化和安全性,为后续临床试验乃至投入临床使用做好了准备。本研究填补了当前手术机器人智能应急安全保护系统研究的空白,实现了手术机器人性能与安全性并重,未来投入应用和转化后有望造福广大患者。
期刊论文列表
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会议论文列表
专利列表
DOI:10.13201/j.issn.2096-7993.2022.06.011
发表时间:2022
期刊:临床耳鼻咽喉头颈外科杂志
影响因子:--
作者:王国良;冰丹;陈歆维;董频
通讯作者:董频
DOI:10.7150/jca.52329
发表时间:2021
期刊:Journal of Cancer
影响因子:3.9
作者:Li Y;Huang D;Wang B;Mao W;Chen X;Dong P
通讯作者:Dong P
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