Toward Process Controlled Medical Robotic System

要約

医療過誤は、医療行為の失敗を引き起こす不作為または過失による意図せぬ行為として定義され、米国の死因の第 3 位となっています。
自律性とロボット工学を適用すると、精度が向上し、計画された手順に従う手段が提供されるため、医療過誤の原因の一部を軽減できます。
ただし、ロボットアプリケーションの安全性を向上させるには、外乱が存在する場合でも一定の動作条件を維持し、手順の各状態に対して信頼性の高い測定、評価、制御を提供する必要があります。
この記事では、医療ロボット システムにおけるプロセス制御の必要性について取り上げ、その自動化に向けた標準化された設計サイクルを提案します。
医療環境または外科環境の変化する状態を監視および制御するには、ワークフローとその手順の依存関係を明確に定義する必要があります。
私たちは、システムと環境の状態の変化、可能な操作、新しい状態への移行を特定するために、医療用ロボットのワークフローにプロセス制御を統合することを提案します。
したがって、システムは臨床医の経験と処置のワークフローを機械が解釈可能な言語に翻訳します。
hFSM 定式化を使用した設計サイクルは決定論的なプロセスとなり、医療ロボットにおける高レベルの自動化の可能性が広がります。
私たちの取り組みには、標準化された設計サイクルとソフトウェア パラダイムを使用して、自動的に生成できる制御されたワークフローへの道が開かれていることが示されています。
さらに、hFSM を統合するロボット システム アーキテクチャのモジュラー設計により、ソフトウェアとハ​​ードウェアの統合が容易になります。
この記事では、システム設計、ソフトウェア実装、ロボット支援経頭蓋磁気刺激およびロボット支援大腿形成術への応用例について説明します。
ロボットツールの配置と障害挿入への対応に関するパフォーマンスを使用した評価を提供します。

要約(オリジナル)

Medical errors, defined as unintended acts either of omission or commission that cause the failure of medical actions, are the third leading cause of death in the United States. The application of autonomy and robotics can alleviate some causes of medical errors by improving accuracy and providing means to follow planned procedures. However, for the robotic applications to improve safety, they must maintain constant operating conditions in the presence of disturbances, and provide reliable measurements, evaluation, and control for each state of the procedure. This article addresses the need for process control in medical robotic systems, and proposes a standardized design cycle toward its automation. Monitoring and controlling the changing conditions in a medical or surgical environment necessitates a clear definition of workflows and their procedural dependencies. We propose integrating process control into medical robotic workflows to identify change in states of the system and environment, possible operations, and transitions to new states. Therefore, the system translates clinician experiences and procedure workflows into machine-interpretable languages. The design cycle using hFSM formulation can be a deterministic process, which opens up possibilities for higher-level automation in medical robotics. Shown in our work, with a standardized design cycle and software paradigm, we pave the way toward controlled workflows that can be automatically generated. Additionally, a modular design for a robotic system architecture that integrates hFSM can provide easy software and hardware integration. This article discusses the system design, software implementation, and example application to Robot-Assisted Transcranial Magnetic Stimulation and robot-assisted femoroplasty. We provide assessments using performance in terms of robotic tool placement and response to failure injections.

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