EndoForce: Development of an Intuitive Axial Force Measurement Device for Endoscopic Robotic Systems

要約

ロボット内視鏡システムは、直感的な制御を提供し、放射線曝露を排除し、従来の方法の有望な代替手段とします。
ただし、ロボットからの軸方向の力測定の欠如は、過度の結腸伸長、穿孔、または尿管合併症につながる可能性があるため、大きな課題のままです。
以前の研究ではさまざまな方法が提案されていますが、モデル依存、かさばり、環境感受性などの制限は、臨床応用の前に対処すべき課題のままです。
この研究では、内視鏡ロボットシステムにおける直感的で正確な軸力測定用に設計されたデバイスであるEndoforceを提案します。
尿管鏡検査および胃腸（GI）内視鏡検査中に医師によって行われた挿入運動に触発されたEndoforceは、臨床環境との互換性を維持しながら、正確な力の測定を保証します。
このデバイスは、合理化された設計を備えており、滅菌カバーの簡単なアタッチメントと剥離を可能にし、コスト効率を高め、実際の医療用途での実用的な実装を促進するための市販のロードセルを組み込んでいます。
提案されたEndoforceの有効性を検証するために、尿管をシミュレートするテストベッドを使用して物理実験を実行しました。
挿入中に生成された軸力は、ヒト尿管をシミュレートするテストベッドで、経路が直線であるか曲がっているかに関係なく、高精度で測定されたことを示します。

要約(オリジナル)

Robotic endoscopic systems provide intuitive control and eliminate radiation exposure, making them a promising alternative to conventional methods. However, the lack of axial force measurement from the robot remains a major challenge, as it can lead to excessive colonic elongation, perforation, or ureteral complications. Although various methods have been proposed in previous studies, limitations such as model dependency, bulkiness, and environmental sensitivity remain challenges that should be addressed before clinical application. In this study, we propose EndoForce, a device designed for intuitive and accurate axial force measurement in endoscopic robotic systems. Inspired by the insertion motion performed by medical doctors during ureteroscopy and gastrointestinal (GI) endoscopy, EndoForce ensures precise force measuring while maintaining compatibility with clinical environments. The device features a streamlined design, allowing for the easy attachment and detachment of a sterile cover, and incorporates a commercial load cell to enhance cost-effectiveness and facilitate practical implementation in real medical applications. To validate the effectiveness of the proposed EndoForce, physical experiments were performed using a testbed that simulates the ureter. We show that the axial force generated during insertion was measured with high accuracy, regardless of whether the pathway was straight or curved, in a testbed simulating the human ureter.

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