A Passive Variable Impedance Control Strategy with Viscoelastic Parameters Estimation of Soft Tissues for Safe Ultrasonography

要約

遠隔医療の文脈では、ロボットによるアプローチは、患者のコストと感染リスクを軽減し、遠隔地での直接訪問に対する貴重なソリューションであることが証明されています。
特に、超音波検査では、ロボットは、超音波検査者の身体的労力を軽減しながら、高品質の画像を取得するために必要なスキルを再現できる可能性があります。
この論文では、安全で効果的な超音波検査を確保する上で重要な、プローブと患者の身体との相互作用の制御について取り上げます。
可変インピーダンス制御に基づいた新しいアプローチを導入し、超音波処置中に準拠したコントローラーのパラメーターをリアルタイムで最適化できます。
この最適化は二次計画問題として定式化され、粘弾性パラメーターの推定から導出される物理的制約が組み込まれています。
エネルギータンクを含む安全性と受動性の制約も統合されており、人間とロボットの相互作用中の潜在的なリスクを最小限に抑えます。
提案された方法の有効性は、患者のダミー胴体での実験を通じて実証され、接触喪失の場合でも、超音波処置中に安全な動作と正確な力制御を達成できる可能性を強調しています。

要約(オリジナル)

In the context of telehealth, robotic approaches have proven a valuable solution to in-person visits in remote areas, with decreased costs for patients and infection risks. In particular, in ultrasonography, robots have the potential to reproduce the skills required to acquire high-quality images while reducing the sonographer’s physical efforts. In this paper, we address the control of the interaction of the probe with the patient’s body, a critical aspect of ensuring safe and effective ultrasonography. We introduce a novel approach based on variable impedance control, allowing real-time optimisation of a compliant controller parameters during ultrasound procedures. This optimisation is formulated as a quadratic programming problem and incorporates physical constraints derived from viscoelastic parameter estimations. Safety and passivity constraints, including an energy tank, are also integrated to minimise potential risks during human-robot interaction. The proposed method’s efficacy is demonstrated through experiments on a patient dummy torso, highlighting its potential for achieving safe behaviour and accurate force control during ultrasound procedures, even in cases of contact loss.

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