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五篇ICRA最佳醫(yī)療機(jī)器人獲獎?wù)撐拇蟊P點(diǎn) | ICRA 2017

ICRA全稱為“IEEE International Conference on Robotics and Automation”(機(jī)器人與自動化會議)鳞皂,是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域最有影響力的國際學(xué)術(shù)會議之一伊群。ICRA 2017于5月29日至6月4日舉行洛口,雷鋒網(wǎng)(公眾號:雷鋒網(wǎng))AI科技評論從新加坡帶來一線報(bào)道稚照。該會議舉辦期間蹂空,雷鋒網(wǎng)將圍繞會議議程及獲獎?wù)撐恼归_系列專題報(bào)道,敬請期待果录。

基于并行計(jì)算硬件的連續(xù)體機(jī)器人的高效臨近查詢

由于連續(xù)體機(jī)器人領(lǐng)域的進(jìn)步羹授,手術(shù)操作者越來越能夠通過復(fù)雜的路徑接近深層病變組織。在大多數(shù)情況下咖雀,這類機(jī)器人可以精確的建模為一系列圓柱型擎势。為了安全無縫的對這些具有復(fù)雜的非直觀運(yùn)動學(xué)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程操作,研究者開發(fā)了依靠準(zhǔn)確的臨近度查詢亮购,來計(jì)算連續(xù)體機(jī)器人與解剖結(jié)構(gòu)之間的距離的觸覺指導(dǎo)方案楚携。該論文介紹了一種準(zhǔn)確地模擬連續(xù)體機(jī)器人的方法,該機(jī)器人采用具有球型或平面的圓柱型分段滨鼠,然后有效地計(jì)算到三角形網(wǎng)格的最短距離势瘤。該論文提供了適用于并行計(jì)算硬件的簡單和復(fù)雜集合圖元的高效分析窄相位PQ計(jì)算的實(shí)現(xiàn),以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證捶臂,結(jié)果顯示出該方法更高的性能適合于實(shí)時(shí)的機(jī)器人應(yīng)用勃否。該論文在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中,比較了在PQ計(jì)算或其他優(yōu)化任務(wù)中使用的各種根尋找算法赎躲,以評估其在不同硬件上執(zhí)行的適用性避掩。關(guān)于根據(jù)可用的并行計(jì)算硬件選擇合適的臨近度查詢算法來討論這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的含義。最后,介紹了密集動態(tài)解剖結(jié)構(gòu)未來改進(jìn)的前景鬼雀。

使用單一旋轉(zhuǎn)磁體同時(shí)定位和推進(jìn)內(nèi)腔中磁性膠囊的首次實(shí)現(xiàn)

該論文提出了一種使用單個(gè)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器磁體推進(jìn)嵌入了霍爾效應(yīng)傳感器的螺旋磁性膠囊的方法顷窒。該方法估計(jì)了膠囊與應(yīng)用場同步旋轉(zhuǎn)時(shí)的六自由度姿態(tài)。它適用于腸道的活動膠囊內(nèi)窺鏡檢查源哩。在膠囊通過內(nèi)腔時(shí)鞋吉,使用一個(gè)拓展卡爾曼濾波器來對膠囊的六自由度姿態(tài)進(jìn)行估計(jì),該卡爾曼濾波器使用的是簡化的兩自由度過程模型励烦,兩個(gè)自由度包括膠囊以其主軸線向前或向后移動方向和旋轉(zhuǎn)方向谓着。持續(xù)監(jiān)測膠囊在施加場中的運(yùn)動,以確定膠囊是否與施加的場同步旋轉(zhuǎn)坛掠∩廾基于該信息,調(diào)整外部源的旋轉(zhuǎn)速度屉栓,以防止期望的磁耦合出現(xiàn)損失舷蒲。該試驗(yàn)首次證明了使用單個(gè)旋轉(zhuǎn)磁體對通過管腔的膠囊同時(shí)進(jìn)行定位和推進(jìn)是可行的。以前的工作假定膠囊在定位階段沒有凈運(yùn)動友多,需要定位和推進(jìn)是分開進(jìn)行的牲平。與之前的分步方法相比,該方法需要的時(shí)間減少了三倍撼由。

用于遠(yuǎn)程MR引導(dǎo)針插入的滾動隔膜液壓傳動

磁共振成像(magnetic resonance imaging荡将, MRI)具有許多優(yōu)點(diǎn),包括無與倫比的軟組織表征能力狭鳖,并能將檢測和活組織檢查兩個(gè)過程合二為一您账。然而,由于掃描空間狹窄拳沙,患者需要繁瑣重復(fù)的定位爽附,或者使用機(jī)器助手將醫(yī)生與患者隔離。該論文提出了一種替代方案怔惯,使用一種經(jīng)皮手術(shù)的遠(yuǎn)程手術(shù)技術(shù)蝗淡,以滿足介入放射科醫(yī)師的需求,克服MR環(huán)境所帶來的挑戰(zhàn)庞取。該技術(shù)演示了1-DOF針的插入手術(shù)避顶。該技術(shù)使用滾動隔膜,離合器和線纜絞盤驅(qū)動器來推動針鞍靴,同時(shí)將作用力和運(yùn)動無差別地傳遞給操作者蟋软。該系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的位置跟蹤性能(無負(fù)載的情況下<0.7^{cric}的誤差),并能可靠地傳遞力的變化嗽桩。在針的遠(yuǎn)程操作期間岳守,用戶能夠以77%的精度檢測輕薄膜穿刺凄敢,并且能夠像手動操作一樣準(zhǔn)確的區(qū)分勁度系數(shù)。

具有動力的保護(hù)性股骨假體的高效能3D假肢行走的初步結(jié)果

該項(xiàng)工作提出了一種針對定制保護(hù)性股骨假體(compliant transfemoral prosthesis)的系統(tǒng)性假肢控制策略的初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證湿痢,最終實(shí)現(xiàn)高效能的三維(3D)多接觸假體行走涝缝。特別是為了捕捉現(xiàn)實(shí)的截肢假體系統(tǒng)的重要組成部分,研究人員開發(fā)了一種3D非對稱混合動力系統(tǒng)模型譬重,形成了步態(tài)設(shè)計(jì)和控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)拒逮。基于該模型臀规,利用兩步直接并置優(yōu)化方法設(shè)計(jì)了一種高效能3D多接觸點(diǎn)的假肢步態(tài)消恍。這種設(shè)計(jì)的步態(tài)也受到許多實(shí)際的限制,例如與人類相似性的限制以现,以及舒適性限制。對于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證约啊,研究人員定制構(gòu)建了一個(gè)具有動力的股骨假肢設(shè)備邑遏,該設(shè)備可以進(jìn)行修改,以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的3D步態(tài)瘫笋。該設(shè)備與現(xiàn)有的動力假體的區(qū)別是路旬,為了節(jié)能和類人行為的目的,將兼容部件添加到三個(gè)關(guān)節(jié)中(兩個(gè)節(jié)距關(guān)節(jié)和一個(gè)滾動關(guān)節(jié))锨堵。結(jié)合所提出的控制方法和新穎的硬件設(shè)計(jì)哑回,最終的結(jié)果是與其他設(shè)備和控制方法相比,實(shí)驗(yàn)性的實(shí)現(xiàn)了3D多接觸點(diǎn)的假肢行走粟墩,提高了能量效率伊哮。

用于細(xì)針抽吸活檢的磁力驅(qū)動軟膠囊內(nèi)窺鏡

該論文介紹了一種用于上消化道的細(xì)針抽吸活檢的磁力驅(qū)動軟膠囊內(nèi)窺鏡(magnetically actuated soft capsule endoscope for fine-needle aspiration biopsy, B-MASCE)。一個(gè)薄而中空的針頭被連接到膠囊上惨槐,可以深入滲透到組織中以得到表面下的活檢樣本问嬉。該設(shè)計(jì)利用軟彈性體作為柔性機(jī)構(gòu)來引導(dǎo)針。內(nèi)部永久磁鐵為驅(qū)動和跟蹤提供了一種手段瘤褒。膠囊被設(shè)計(jì)成朝向其目標(biāo)滾動炮姑,然后將活檢針部署在目標(biāo)區(qū)域的精確位置。B-MASCE由多個(gè)定制設(shè)計(jì)的電磁鐵控制悲组,而其位置和方向由磁傳感陣列跟蹤检痰。在體外試驗(yàn)中,B-MASCE展示了位于解剖人體胃模型內(nèi)的豬組織模型的滾動運(yùn)動和活檢锨推。經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)铅歼,組織樣品被保留在針內(nèi)。


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