Robotic Ultrasound Imaging: State-of-the-Art and Future Perspectives

要約

超音波 (US) は、非侵襲性、放射線不使用、リアルタイム画像を提供するという利点があるため、臨床介入と診断に最も広く使用されている手段の 1 つです。
ただし、米国のフリーハンド検査はオペレーターに大きく依存します。
Robotic US System (RUSS) は、再現性を提供することでこの欠点を克服すると同時に、器用さの向上、インテリジェントな解剖学および疾患を認識した画像処理も目指しています。
RUSS は、診断結果を向上させるだけでなく、経験豊富な超音波検査技師の不足に悩む人々に医療介入を提供できる可能性も秘めています。
この論文では、RUSS を遠隔操作型と自律型に分類します。
遠隔操作RUSSについては技術開発と臨床評価をそれぞれまとめた。
次に、この調査は、自律ロボットによる米国イメージングに関する最近の研究のレビューに焦点を当てます。
我々は、機械学習と人工知能が重要な技術を提供し、患者とプロセスに特化した、動きと変形を認識したインテリジェントなロボット画像取得を可能にすることを実証します。
また、自律型 RUSS のための人工知能の研究が、研究コミュニティを専門の超音波検査技師の意味論的推論と行動の理解とモデル化に向けてきたことも示します。
ここでは、このプロセスを「超音波検査の言語」の回復と呼びます。
自律型ロボットによる米国の取得に関する研究のこの副次的な成果は、ロボットによる米国の検討自体の進歩と同じくらい価値があり、不可欠であると考えることができます。
この記事では、基礎となる技術を調査することで、エンジニアと臨床医の両方に RUSS についての包括的な理解を提供します。

要約(オリジナル)

Ultrasound (US) is one of the most widely used modalities for clinical intervention and diagnosis due to the merits of providing non-invasive, radiation-free, and real-time images. However, free-hand US examinations are highly operator-dependent. Robotic US System (RUSS) aims at overcoming this shortcoming by offering reproducibility, while also aiming at improving dexterity, and intelligent anatomy and disease-aware imaging. In addition to enhancing diagnostic outcomes, RUSS also holds the potential to provide medical interventions for populations suffering from the shortage of experienced sonographers. In this paper, we categorize RUSS as teleoperated or autonomous. Regarding teleoperated RUSS, we summarize their technical developments, and clinical evaluations, respectively. This survey then focuses on the review of recent work on autonomous robotic US imaging. We demonstrate that machine learning and artificial intelligence present the key techniques, which enable intelligent patient and process-specific, motion and deformation-aware robotic image acquisition. We also show that the research on artificial intelligence for autonomous RUSS has directed the research community toward understanding and modeling expert sonographers’ semantic reasoning and action. Here, we call this process, the recovery of the ‘language of sonography’. This side result of research on autonomous robotic US acquisitions could be considered as valuable and essential as the progress made in the robotic US examination itself. This article will provide both engineers and clinicians with a comprehensive understanding of RUSS by surveying underlying techniques.

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