Reeling It In: Flexible Needle Pick Up via Thread Manipulation for Autonomous Suturing
यह शोध पत्र सुई उठाने के लिए एक सुदृढ़ स्वायत्त ढांचे को प्रस्तुत करता है जो धागे के हेरफेर (थ्रेड मैनिपुलेशन) का एक सहायक उपकरण के रूप में उपयोग करता है ताकि सुइयों को तब भी सुरक्षित रूप से पकड़ा जा सके जब वे छिपी हुई, दुर्गम हों या ऊतक (टिश्यू) पर पड़ी हों, जिससे अनस्ट्रक्चर्ड सर्जिकल वातावरणों में प्रत्यक्ष पकड़ने की विधियों की सीमाओं को दूर किया जा सके।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ रोबोट केवल औजारों को पकड़ना ही नहीं, बल्कि "धागे" की कला में महारत हासिल करके सूक्ष्म सर्जरी करने के लिए सीख रहे हैं। स्वायत्त रोबोटिक्स के उच्च-दांव वाले क्षेत्र में, सबसे कठिन चुनौतियों में से एक "नीडल ड्रॉप" (सुई का गिरना) है। कल्पना कीजिए कि एक छोटी, फिसलन भरी सिलाई वाली सुई मरीज के शरीर के भीतर नरम, लचीले ऊतकों (टिश्यू) पर गिर जाती है। यदि कोई रोबोट इसे सीधे पकड़ने की कोशिश करता है, तो वह गलती से ऊतक को चुटकी काट सकता है, मरीज को चोट पहुँचा सकता है, या सुई के छिप जाने या बहुत अधिक फिसलने के कारण उसे खोजने में विफल भी हो सकता है। यह "नीडल पिकअप" की समस्या है, जो रोबसीय सर्जरी का एक महत्वपूर्ण चरण है जहाँ मशीन को बिना किसी अराजकता के गिरी हुई सुई को वापस प्राप्त करना होता है। आप जो शोध पत्र पढ़ने जा रहे हैं, वह एक चतुर प्रश्न पूछकर इस समस्या का समाधान करता है: सुई का पीछा करने के बजाय—जैसे बिल्ली लेजर पॉइंटर का पीछा करती है—क्या होगा यदि रोबोट सुई से जुड़े लंबे, लचीले धागे का उपयोग एक हैंडल के रूप में करे? सुई के धागे को मछली पकड़ने वाली रेखा (फिशिंग लाइन) की तरह मानकर, रोबोट सुरक्षित रूप से सुई को "खींच" (रील इन) सकता है, जिससे शरीर के कोमल हिस्सों के साथ खतरनाक संपर्क से बचा जा सके।
इस अध्ययन के पीछे के शोधकर्ता, एम्मा हुआंग और उनकी टीम, सुई के धागे को एक सहायक उपकरण के रूप में उपयोग करके सर्जिकल रोबोट के लिए गिरी हुई सुइयों को उठाने का एक नया तरीका प्रस्तावित करते हैं। सुई की ओर सीधे जाने के बजाय—जो जोखिम भरा हो सकता है यदि सुई ऊतक के पीछे छिपी हो या यदि रोबोट गलती से गलत चीज़ को पकड़ ले—वे एक "फिशिंग" रणनीति का सुझाव देते हैं। रोबोट पहले धागे के ढीले सिरे को पकड़ता है, फिर सावधानी से धागे को खींचता है और निर्देशित करता है जब तक कि वह सुरक्षित रूप से सुई को पकड़ न सके। यह विधि तब भी काम करने के लिए डिज़ाइन की गई है जब सुई को देखना कठिन हो या सीधे पहुँचना असंभव हो, जो एक खतरनाक स्थिति को "धागे का पीछा करने" के एक प्रबंधनीय खेल में बदल देती है।
उनके समाधान का मूल एक स्मार्ट, चरण-दर-चरण ढांचा है जो एक अत्यधिक कुशल मार्गदर्शक की तरह कार्य करता है। सबसे पहले, रोबोट अपने कैमरों का उपयोग धागे और ऊतक का 3D मानचित्र बनाने के लिए करता है, यह पता लगाने के लिए कि धागा वास्तव में कहाँ है और उस मानचित्र की विश्वसनीयता कितनी है। इसके बाद, यह धागे को पकड़ने के लिए सबसे सुरक्षित स्थान की गणना करता है, एक ऐसा स्थान चुनता है जो नाजुक ऊतक से दूर हो ताकि चुटकी काटने से बचा जा सके। एक बार जब रोबोट की पकड़ बन जाती है, तो वह केवल धागे को ऊपर नहीं खींचता; इसके बजाय, वह एक विशेष "सर्कुलर पिकअप" (वृत्ताकार उठाव) गति करता है। कल्पना कीजिए कि एक खंभे के चारों ओर रस्सी का फंदा (लसो) घुमाने के बाद उसे कस दिया जाता है; यह घुमाव धागे को ऊतक से ऊपर उठाने में मदद करता है बिना सुई को सतह पर घसीटे, जिससे चोट लगने का खतरा कम हो जाता है। अंत में, रोबोट दो हाथों की तरह मिलकर काम करता है जैसे हाथ रस्सी को पास कर रहे हों, धागे के साथ छोटे, सावधानीपूर्ण कदमों में आगे बढ़ता है जब तक कि सुई अंततः पकड़ी न जाए।
टीम ने इस विचार का परीक्षण एक वास्तविक सर्जिकल रोबोट, जिसे 'डा विंची रिसर्च किट' कहा जाता है, पर किया और विभिन्न परिदृश्यों को देखा कि यह कितनी अच्छी तरह काम करता है। सबसे आसान स्थितियों में, जहाँ धागा सरल था और सुई स्पष्ट रूप से दिखाई दे रही थी, रोबोट 95% बार सफल रहा। यहाँ तक कि जब धागा लूपों में उलझा हुआ था या सुई आंशिक रूप से छिपी हुई थी (एक कठिन सर्जरी का अनुकरण करते हुए), तब भी रोबोट लगभग 65% से 70% परीक्षणों में सुई को सफलतापूर्वक पकड़ने में सफल रहा। शोधकर्ताओं ने पाया कि उनकी विधि पिछले दृष्टिकोणों की तुलना में बहुत अधिक सुरक्षित थी; एक "विश्वसनीयता मीट्रिक" का उपयोग करके धागे को पकड़ने का स्थान चुनने से, उन्होंने धागे को मिस करने या ऊतक को चुटकी काटने की संभावना को कम कर दिया। इसके अलावा, यह सिद्ध हुआ कि उनकी वृत्ताकार उठाने वाली गति सुई को ऊतक पर घसीटने से रोकती है, जो अन्य विधियों में क्षति का एक सामान्य कारण है।
यह शोध पत्र पुराने तरीके के खिलाफ स्पष्ट रूप से तर्क देता है: सुई को पकड़ने के लिए सीधे सुई की ओर रोबोट को ले जाना। लेखक बताते हैं कि यह सीधा दृष्टिकोण अक्सर विफल हो जाता है जब सुई ओक्लूडेड (छिपी हुई) होती है या जब रोबोट पास के ऊतकों को कुचलने का जोखिम उठाता है। वे यह भी दिखाते हैं कि 3D मानचित्र की "विश्वसनीयता" को अनदेखा करने से अधिक विफलताएं होती हैं, जो यह सिद्ध करता है कि रोबोट को कोई भी कदम उठाने से पहले धागे के स्थान के बारे में अपनी निश्चितता का पता होना चाहिए। हालाँकि यह विधि पूर्ण नहीं है—यह अभी भी संघर्ष करती है जब धागा अत्यधिक उलझा हुआ हो या जब बहुत अधिक "ढीलापन" (स्लैक) हो जो रोबोट के अनुमानों को बिगाड़ दे—फिर भी परिणाम बताते हैं कि धागे को हैंडल के रूप में उपयोग करना असंरचित वातावरण के लिए एक मजबूत और सुरक्षित विकल्प है। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि यह "रीलिंग इन" (खींचने की) रणनीति कठोर, पूर्व-नियोजित रोबोटिक गतिविधियों और सर्जिकल रूम की अव्यवस्थित, अप्रत्याशित वास्तविकता के बीच के अंतर को प्रभावी ढंग से पाटती है।
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