PIATTAFORMA DI NAVIGAZIONE PER LA CHIRURGIA ROBOTICA A SINGOLA PORTA DI ACCESSO

M. Carbone , G. Turini, G. Petroni, M. Niccolini, A. Menciassi, M. Ferrari , F. Mosca , V. Ferrari

marina.carbone@endocas.org

Array of Robots Augmenting the KiNematics of Endoluminal Surgery

ARAKNES robotic platform

Surgical Navigators helps orientation in the anatomy enabling:

additional virtual viewing of the patient (a virtual and “clean” map)

the view of the surgical instruments in relationship with the virtual map of the anatomy

the inspection of the surgical field from various viewpoints

additional information in the navigator monitor to guide some steps of interventions

Surgical Navigators

Surgical Navigators ‐motivation

In  traditional and robotic laparoscopic surgery 

Surgical Navigator can help:

To recover orientation in the anatomyTo make aware surgeon of hidden structures and vesselTo guide towards lesion…

Mini Invasive Surgery evolution  towards robotic SILS

1979LAPAROSCOPIC cholecistectomy

2000da VINCI

2005NOTES

2007/2008SILS

2008…Bimanual SILS robots

IREPColumbia University

ARAKNESSSSUP

The “MAP” of the patient  preoperative and/or intraoperative data

A localizer to know 

where the patient is where the surgical instruments are

A registration algorithm to align preoperative data into the localizer framework

What a surgical navigator needs

ARAKNES Computer Guidance System

The “MAP” of the patient:

Patient specific 3D virtual model built through a segmentation procedure (EndoCAS Segmentation Pipeline integrated in ITK-SNAP )

Simplification to speed up computation and Colors to recover in realism

A localizer to know 

where the patient is where the surgical instruments are

NDI AURORA Electromagnetic localizer

6 DOF Sensor on the robot arm

And a digitizing procedure to localize patient

ARAKNES Computer Guidance System

ARAKNES Computer Guidance System

A Registration Algorithm To determine the geometric relation between the “virtual patient” and the “real patient” and the 

geometric relation between the robot workspace with the localizer workspacea point based rigid registration algorithm based on the SVD decomposition

u

v

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User Interface

SWITCH

Control PC(Inverse

Kinematic)

Extern Localizer

SPRINT Robot

Serial Communications

USB Communications

COMPUTER COMPUTER GUIDANCE GUIDANCE

MODULEMODULE

UDP datagram

ARKANES Navigator ‐ communications

ARKANES Navigator ‐ functionalities

Passive Modality

Assistive Modality

Active Modality

Passive functionalities

Assistive functionalities

This working modality is intended to allows to load the planning of the intervention so that the system can indicate to the surgeon some of the steps planned to perform the intervention

Access Port guided positioning

The software loads an oriented sphere  to mark the position on the abdomen loading a file saved in the simulation phase.

Active functionalities

The thread monitors if any robot joints are too close to the indicated anatomical structures structures and in case of collision returns a visual and acoustic alarm to alert the surgeon

The surgeon during the loading phase of the anaotmy can choose some “non‐touchable” anatomical structure that the sofwtare enrole in a collision detecition thread.

The system actively contributes to the execution of the surgical procedure

STRATION QUALITY

HIGHLY DEPENDENT ON REGI

Prototype Test 

Conclusions

The Computer Guidance Module  showed  good  results  in  term of usability  and 

performance  (latency,  3D  environment  visual  quality  and  frame  rate), whereas 

the registration accuracy is acceptable (for  a phantom test).

It enables the surgeon to easily navigate into the patient anatomy relying on 

the virtual view offered by the system. 

It offers the surgeon also assistive functionalities to facilitate the port 

placement 

It offers active functionalities to preserve the safety of delicate organs during 

the intervention

Thanks for the Attention