Minimally invasive beating heart surgery allows a very sparing operation, but increases the requirements for the surgeon: The remaining motion of the mechanically stabilized beating heart makes fast and safe surgery difficult. The goal of an advanced robotic surgery system is to compensate for this motion. This work presents control and vision algorithms necessary for such novel robotic surgery applications. Cartesian position and velocity control laws in a minimally invasive surgery environment allow correct hand eye coordination which the surgeon got used to in open surgery. In combination with appropriate filtering and scaling of input commands, high accuracy manipulation of fine structures is possible. A self-adapting Cartesian force control law reduces the risk of unintentional damage of delicate tissue structures. Motion of the mechanically stabilized beating heart is locally captured by tracking natural landmarks with an affine motion model. To circumvent disturbances of the tracking approach, specular reflections on the heart surface have to be handled appropriately. Automatic detection of landmarks allowing reliable determination of the affine model parameters can be achieved by special confidence measures. A new motion prediction framework is introduced to further increase robustness of the motion tracking scheme. This framework is able to compensate for short occlusions and small disturbances. Additional signals correlated with the heart motion (e.g. electrocardiogram) are included in this prediction scheme to reduce the dependency on visual information.     «

Minimally invasive beating heart surgery allows a very sparing operation, but increases the requirements for the surgeon: The remaining motion of the mechanically stabilized beating heart makes fast and safe surgery difficult. The goal of an advanced robotic surgery system is to compensate for this motion. This work presents control and vision algorithms necessary for such novel robotic surgery applications. Cartesian position and velocity control laws in a minimally invasive surgery environment...     »

Minimal invasive, robotergestützte Chirurgie am schlagenden Herzen ermöglicht eine schonende Therapierung des Patienten, stellt jedoch erhöhte Anforderungen an den Chirurgen: Die verbleibende Restbewegung des mechanisch stabilisierten Herzens verhindert eine schnelle und sichere Operation. Ein fortgeschrittenes robotergestütztes Chirurgiesystem muß deshalb diese Bewegung sicher erfassen und kompensieren können. Die vorliegende Arbeit stellt hierzu Regelungs- und Bildverarbeitungsalgorithmen vor. Kartesische Positions- und Geschwindigkeitsregler für Chirurgieroboter stellen in der minimal invasiven Chirurgie die von der offenen Chirurgie gewohnte korrekte Hand-Auge-Koordination wieder her. Kombiniert man diese mit einem Tremorfilter und einer Skalierung für die Eingabekommandos, so ist eine präzise Manipulation empfindlicher Gewebwestrukturen möglich. Ein selbsteinstellender kartesischer Kraftregler reduziert darüberhinaus das Risiko einer unbeabsichtigten Schädigung des Gewebes. Die Bewegung des mechanisch stabilisierten Herzens wird lokal anhand natürlicher Landmarken und eines affinen Bewegungsmodells erfasst. Störende Reflexionen auf der Herzoberfläche werden in einem Vorverarbeitungsschritt erkannt und das Bild wird an den entsprechenden Stellen rekonstruiert. Für die visuelle Bewegungserfassung geeignete Landmarken werden mittels eines Gütekriteriums automatsich im Bild identifiziert. Zur Steigerung der Robustheit der visuellen Bewegungserfassung werden in der Arbeit Prädiktionsverfahren zur Vorhersage der Herzbewegung vorgestellt. Diese Verfahren benötigen kein analytisches Modell der Herzbewegung und sind geeignet, kurze Verdeckungen der Landmarken und andere Störungen der Bewegungserfassung zu kompensieren, so dass trotzdem eine Bewegungskompensation möglich ist. Um die Robustheit der Bewegungserfassung weiter zu steigern, werden in den Prädiktionsalgorithmen mit der Herzbewegung korrelierte Signale (z.B. EKG) berücksichtigt.     «

Minimal invasive, robotergestützte Chirurgie am schlagenden Herzen ermöglicht eine schonende Therapierung des Patienten, stellt jedoch erhöhte Anforderungen an den Chirurgen: Die verbleibende Restbewegung des mechanisch stabilisierten Herzens verhindert eine schnelle und sichere Operation. Ein fortgeschrittenes robotergestütztes Chirurgiesystem muß deshalb diese Bewegung sicher erfassen und kompensieren können. Die vorliegende Arbeit stellt hierzu Regelungs- und Bildverarbeitungsalgorithmen vor....     »