Abstract-Bevel-tip styrbara nålar är en lovande ny teknik för att förbättra noggrannhet och tillgänglighet i minimalt invasiva medicinska förfaranden. Hittills har 3D-nålstyrning inte visats i närvaro av vävnadsdeformation och osäkerhet, trots tillämpningen av gradvis mer sofistikerade planeringsalgoritmer. Detta papper presenterar en feedback controller som styr en nål längs 3D spiralbanor, och varierar spiralradien för att korrigera för störningar. Den uppnår hög noggrannhet för mål tillräckligt långt från nålinsättningspunkten; detta är kontraintuitivt eftersom systemet är mycket underaktiverat och inte lokalt kontrollerbart. Styrenheten använder en modell prediktiv styrram som väljer en nål vridhastighet så att den förutsagda spiralbanan minimerar avståndet till målet. Snabb gren och bundna tekniker möjliggör utförande på kilohertz hastigheter på en 2 GHz PC. Vi utvärderar regulatorn under en mängd olika simulerade perturbationer, inklusive bildljud, nåldeformationer och krökningsfel. Vi testar även regulatorn i en 3D finita elementsimulator som innehåller deformation i vävnaden såväl som nålen. I deformerbara vävnad exempel, controller minskade målinriktning fel med upp till 88% jämfört med open-loop utförande.
REF utvecklade en 3D-återkopplingsregulator som styr nålen längs en spiralbana, men resultaten validerades endast i simuleringar.
Feedback control for steering needles through 3D deformable tissue using helical paths
{'venue': 'In Robotics: Science and Systems V', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Computer Science', 'Medicine']}