Closed-Loop Magnetic Manipulation for Robotic Transesophageal Echocardiography

要約

この論文では、ロボットによる経食道心エコー検査 (TEE) 取得のための閉ループ磁気操作フレームワークを紹介します。
連続ロボット制御に焦点を当てた体内ロボット超音波取得に関するこれまでの研究とは異なり、我々はまず、プローブの遠位端をより直接的、直観的かつ正確に操作するための磁気制御方法の使用を調査します。
永久磁石と慣性測定ユニットセンサーをプローブ先端に取り付け、柔軟な胃カメラを超音波信号を送信するためのワイヤーだけを含むソフトテザーに置き換えることにより、標準的な TEE プローブを修正し、6 自由度の位置特定と 5 自由度が閉じていることを示します。
– プローブのループ制御は、内部慣性測定データと外部磁場感知データの融合に基づいて、外部永久磁石を使用して実現できます。
提案手法は既存の磁気操作手法に比べてアクチュエータやプローブの複雑な構造や動作を必要としない。
私たちは、ローカリゼーションの精度、更新レート、ワークスペースのサイズ、追跡精度の観点からフレームワークの有効性を検証するために広範な実験を実施しました。
さらに、現実的な心臓組織を模倣したファントムで得られた結果は、提案されたフレームワークが実際の条件に適用可能であり、遠隔操作による TEE 取得の要件を通常満たすことができることを示しています。

要約(オリジナル)

This paper presents a closed-loop magnetic manipulation framework for robotic transesophageal echocardiography (TEE) acquisitions. Different from previous work on intracorporeal robotic ultrasound acquisitions that focus on continuum robot control, we first investigate the use of magnetic control methods for more direct, intuitive, and accurate manipulation of the distal tip of the probe. We modify a standard TEE probe by attaching a permanent magnet and an inertial measurement unit sensor to the probe tip and replacing the flexible gastroscope with a soft tether containing only wires for transmitting ultrasound signals, and show that 6-DOF localization and 5-DOF closed-loop control of the probe can be achieved with an external permanent magnet based on the fusion of internal inertial measurement and external magnetic field sensing data. The proposed method does not require complex structures or motions of the actuator and the probe compared with existing magnetic manipulation methods. We have conducted extensive experiments to validate the effectiveness of the framework in terms of localization accuracy, update rate, workspace size, and tracking accuracy. In addition, our results obtained on a realistic cardiac tissue-mimicking phantom show that the proposed framework is applicable in real conditions and can generally meet the requirements for tele-operated TEE acquisitions.

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