A Cranial-Feature-Based Registration Scheme for Robotic Micromanipulation Using a Microscopic Stereo Camera System

要約

生物学的標本はサイズと形状に大きなばらつきがあり、自律的なロボット操作が困難です。
これらの課題を説明するために、マウスのスカル ウィンドウの作成タスクに焦点を当てます。
この研究では、奥行き知覚のための線形モデルによって強化された顕微鏡ステレオ カメラ システム (MSCS) が導入されています。
これに加えて、CNN ベースの制約され色付けされた位置合わせ戦略を使用して、部分的に露出したマウスの頭蓋表面の正確な位置合わせスキームが開発されます。
これらのメソッドは、ロボットによるマイクロマニピュレーション タスクのために MSCS と統合されています。
MSCS は、段差実験で測定された 0.10 mm $\pm$ 0.02 mm の高精度と、3D 再構成で 30 FPS のリアルタイム性能を実証しました。
105の連続フレームでテストしたところ、位置合わせスキームの精度は1.13 mm $\pm$ 0.31 mm、回転誤差は3.38$^{\circ}$ $\pm$ 0.89$^{\circ}$で証明されました。
平均速度は 1.60 FPS です。
この研究では、科学および外科現場におけるロボットによるマイクロマニピュレーションの精度と精度を向上させるための MSCS と新しい登録スキームの応用を紹介します。
ここで紹介するイノベーションは、顕微鏡操作の課題に対処する自動化方法論を提供し、顕微手術や科学研究のさまざまな分野において、より正確で効率的で侵襲性の低い手順への道を切り開きます。

要約(オリジナル)

Biological specimens exhibit significant variations in size and shape, challenging autonomous robotic manipulation. We focus on the mouse skull window creation task to illustrate these challenges. The study introduces a microscopic stereo camera system (MSCS) enhanced by the linear model for depth perception. Alongside this, a precise registration scheme is developed for the partially exposed mouse cranial surface, employing a CNN-based constrained and colorized registration strategy. These methods are integrated with the MSCS for robotic micromanipulation tasks. The MSCS demonstrated a high precision of 0.10 mm $\pm$ 0.02 mm measured in a step height experiment and real-time performance of 30 FPS in 3D reconstruction. The registration scheme proved its precision, with a translational error of 1.13 mm $\pm$ 0.31 mm and a rotational error of 3.38$^{\circ}$ $\pm$ 0.89$^{\circ}$ tested on 105 continuous frames with an average speed of 1.60 FPS. This study presents the application of a MSCS and a novel registration scheme in enhancing the precision and accuracy of robotic micromanipulation in scientific and surgical settings. The innovations presented here offer automation methodology in handling the challenges of microscopic manipulation, paving the way for more accurate, efficient, and less invasive procedures in various fields of microsurgery and scientific research.

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