Safe Start Regions for Medical Steerable Needle Automation

要約

操縦可能な針は、重大な解剖学的障害を回避するために湾曲した経路をたどることにより、新しい医療処置を可能にする低侵襲装置です。
計画アルゴリズムを使用して、目標への操縦可能な針の動きの計画を見つけることができます。
通常、展開は、医師が動作計画の開始ポーズで組織に操縦可能な針を手動で挿入し、制御をロボットに引き渡し、ロボットが計画に沿って自律的に針を目標に向けて操縦することから構成されます。
人間とロボットの間の引き継ぎは、開始ポーズからのわずかな逸脱でも操縦可能な針の作業領域を変更し、ターゲットにまだ到達できるという保証がないため、手順の成功には非常に重要です。
このような開始姿勢のずれに対する堅牢性を評価する指標を導入します。
偏差に対するこのロバスト性を測定するとき、位置の変化に対するロバスト性と向きの変化に対するロバスト性との間のトレードオフを考慮します。
抽象的な肝臓および肺の計画シナリオでのシミュレーションを通じて指標を評価します。
私たちの評価では、私たちのメトリックがさまざまなモーション プランナーと組み合わせることができ、大規模で安全な開始領域を効率的に決定できることがわかりました。

要約(オリジナル)

Steerable needles are minimally invasive devices that enable novel medical procedures by following curved paths to avoid critical anatomical obstacles. Planning algorithms can be used to find a steerable needle motion plan to a target. Deployment typically consists of a physician manually inserting the steerable needle into tissue at the motion plan’s start pose and handing off control to a robot, which then autonomously steers it to the target along the plan. The handoff between human and robot is critical for procedure success, as even small deviations from the start pose change the steerable needle’s workspace and there is no guarantee that the target will still be reachable. We introduce a metric that evaluates the robustness to such start pose deviations. When measuring this robustness to deviations, we consider the tradeoff between being robust to changes in position versus changes in orientation. We evaluate our metric through simulation in an abstract, a liver, and a lung planning scenario. Our evaluation shows that our metric can be combined with different motion planners and that it efficiently determines large, safe start regions.

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