Suppr超能文献

利用自由腕式机器人精确定位经体腔插入器械的尖端:在前列腺活检中的应用。

Precisely positioning the tip of an instrument inserted through an orifice with a free wrist robot: application to prostate biopsies.

机构信息

Sorbonne Université, CNRS UMR 7222, INSERM U1150, Institut des Systèmes Intelligents et Robotique (ISIR), 75005, Paris, France.

Hôpital de la Pitie Salpetriere, Service d'Urologie, AP-HP, 75013, Paris, France.

出版信息

Int J Comput Assist Radiol Surg. 2018 May;13(5):611-618. doi: 10.1007/s11548-018-1718-6. Epub 2018 Feb 27.

Abstract

PURPOSE

Robots with a spherical unactuated wrist can be used for minimally invasive surgery. With such a robot, positioning the wrist center controls the instrument tip position when assuming that the insertion site behaves like a lever with a fixed and known fulcrum. In practice, this assumption is not always respected. In this paper we first study the practical consequences of this problem in terms of tip precision positioning. We then propose a robotic control scheme that improves the precision compared to the fixed point assumption approach.

METHODS

In the first part of the paper, data recorded during robot-assisted transrectal needle positioning for prostate biopsies (nine patients) are exploited to quantify the positioning error induced by the use of a fixed point hypothesis in the positioning process. In the second part of the paper advanced control techniques allow for the online identification of a locally linear system that describes a model characterized by anisotropy and center displacement. A laboratory apparatus is used to demonstrate the resulting improvement on tip positioning precision.

RESULTS

Errors obtained by processing the clinical data reach 7.5 mm at the tip in average. Errors obtained with the laboratory apparatus drop from 2.4 mm in average to 0.8 mm when using real-time model update.

摘要

目的

具有球形未驱动腕部的机器人可用于微创手术。对于这样的机器人,当假设插入部位的行为类似于具有固定且已知支点的杠杆时,通过定位腕心来控制器械尖端位置。在实践中,并非总是遵守此假设。在本文中,我们首先研究了该问题在尖端精确定位方面的实际后果。然后,我们提出了一种机器人控制方案,与固定点假设方法相比,该方案可提高精度。

方法

在本文的第一部分,利用在机器人辅助经直肠针定位前列腺活检期间记录的数据(九名患者),以量化在定位过程中使用固定点假设引起的定位误差。在本文的第二部分,先进的控制技术可实现在线识别局部线性系统,该系统描述了具有各向异性和中心位移特征的模型。实验室设备用于证明在尖端定位精度方面的改进效果。

结果

通过处理临床数据得到的误差平均达到 7.5 毫米。当使用实时模型更新时,实验室设备上的误差从平均 2.4 毫米降低到 0.8 毫米。

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