A Metric for Finding Robust Start Positions for Medical Steerable Needle Automation
A Metric for Finding Robust Start Positions for Medical Steerable Needle Automation
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寻找医疗可操纵针自动化稳健起始位置的指标
DOI：
10.1109/iros47612.2022.9982227
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Alterovitz, Ron
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hoelscher, Janine;Fried, Inbar;Fu, Mengyu;Patwardhan, Mihir;Christman, Max;Akulian, Jason;Webster, Robert J.;Alterovitz, Ron
可操纵针是能够沿着曲线路径到达目标同时绕过障碍物的医疗器械。在部署过程中，人类操作者通常将可操纵针放置在其在组织表面上的起始位置处，然后将控制移交给将针操纵到目标的自动化装置。由于操作人员放置针的不确定性，选择对偏差鲁棒的起始位置是至关重要的，因为一些起始位置可能使可操纵针不可能安全地到达目标。我们介绍了一种方法，以有效地评估可控针运动计划，使他们是安全的变化，在开始位置。该方法可以应用于许多可操纵的针规划器，并且要求针在插入时的取向角度可以被机器人控制。具体来说，我们引入了一种方法，该方法围绕给定计划构建漏斗，以确定与插入点对应的安全插入表面，从而保证可以计算到目标的无碰撞运动计划。我们使用这种技术来评估多个可行的计划，并选择一个最大限度地提高安全插入表面的大小。我们评估我们的方法，通过模拟在肺活检的情况下，并表明该方法能够快速找到一个大的安全插入表面的针计划。
Steerable needles are medical devices with the ability to follow curvilinear paths to reach targets while circumventing obstacles. In the deployment process, a human operator typically places the steerable needle at its start position on a tissue surface and then hands off control to the automation that steers the needle to the target. Due to uncertainty in the placement of the needle by the human operator, choosing a start position that is robust to deviations is crucial since some start positions may make it impossible for the steerable needle to safely reach the target. We introduce a method to efficiently evaluate steerable needle motion plans such that they are safe to variation in the start position. This method can be applied to many steerable needle planners and requires that the needle's orientation angle at insertion can be robotically controlled. Specifically, we introduce a method that builds a funnel around a given plan to determine a safe insertion surface corresponding to insertion points from which it is guaranteed that a collision-free motion plan to the goal can be computed. We use this technique to evaluate multiple feasible plans and select the one that maximizes the size of the safe insertion surface. We evaluate our method through simulation in a lung biopsy scenario and show that the method is able to quickly find needle plans with a large safe insertion surface.
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