Preliminary Evaluation of an Ultrasound-Guided Robotic System for Autonomous Percutaneous Intervention

要約

がんの症例は世界的に増加しており、2023年には1,000万人近くが死亡します。診断に不可欠な生検は、多くの場合、超音波（米国）のガイド下で行われ、正確な手の調整と認知的意思決定が要求されます。
ロボット支援介入は、ノイズの多い 2D 画像などの課題に対処し、一貫したプローブと表面の接触を維持することにより、病変ターゲットの精度が向上することを示しています。
最近の研究は、標準化された診断手順と再現可能な US ガイド下治療を可能にする完全自律型ロボット US システムに焦点を当てています。
この研究では、エンドツーエンドの臨床ワークフローを実行できる、US ガイドによる針留置のための完全自律システムを紹介します。
このシステムは自律的に、1) 患者の腹部表面上の肝臓領域を識別し、2) インピーダンス制御を使用して US スキャン パスを計画および実行し、3) US 画像からリアルタイムで病変の位置を特定し、4) 識別された病変をターゲットにします。
すべて人間の介入なしで。
この研究では、位置制御システムとインピーダンス制御システムの両方を評価します。
寒天ファントムでの検証では、ターゲティングエラーが 5.74 +- 2.70 mm であることが実証され、5 mm を超える腫瘍を正確にターゲティングできる可能性が強調されました。
達成された結果は、米国主導の生検のための完全自律システムの可能性を示しています。

要約(オリジナル)

Cancer cases have been rising globally, resulting in nearly 10 million deaths in 2023. Biopsy, crucial for diagnosis, is often performed under ultrasound (US) guidance, demanding precise hand coordination and cognitive decision-making. Robot-assisted interventions have shown improved accuracy in lesion targeting by addressing challenges such as noisy 2D images and maintaining consistent probe-to-surface contact. Recent research has focused on fully autonomous robotic US systems to enable standardized diagnostic procedures and reproducible US-guided therapy. This study presents a fully autonomous system for US-guided needle placement capable of performing end-to-end clinical workflow. The system autonomously: 1) identifies the liver region on the patient’s abdomen surface, 2) plans and executes the US scanning path using impedance control, 3) localizes lesions from the US images in real-time, and 4) targets the identified lesions, all without human intervention. This study evaluates both position and impedance-controlled systems. Validation on agar phantoms demonstrated a targeting error of 5.74 +- 2.70 mm, highlighting its potential for accurately targeting tumors larger than 5 mm. Achieved results show its potential for a fully autonomous system for US-guided biopsies.

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