This paper presents a closed-loop magnetic manipulation framework for robotic transesophageal echocardiography (TEE) acquisitions. Different from previous work on intracorporeal robotic ultrasound acquisitions that focus on continuum robot control, we first investigate the use of magnetic control methods for more direct, intuitive, and accurate manipulation of the distal tip of the probe. We modify a standard TEE probe by attaching a permanent magnet and an inertial measurement unit sensor to the probe tip and replacing the flexible gastroscope with a soft tether containing only wires for transmitting ultrasound signals, and show that 6-DOF localization and 5-DOF closed-loop control of the probe can be achieved with an external permanent magnet based on the fusion of internal inertial measurement and external magnetic field sensing data. The proposed method does not require complex structures or motions of the actuator and the probe compared with existing magnetic manipulation methods. We have conducted extensive experiments to validate the effectiveness of the framework in terms of localization accuracy, update rate, workspace size, and tracking accuracy. In addition, our results obtained on a realistic cardiac tissue-mimicking phantom show that the proposed framework is applicable in real conditions and can generally meet the requirements for tele-operated TEE acquisitions.


翻译:本文介绍了机器人切除性心电图(TEE)获取的闭环磁操纵框架。与以往侧重于连续机器人控制的体外机器人超声波收购工作不同,我们首先调查磁控制方法的使用,以便更直接、直观和准确地操纵探测器的分端。我们修改了标准TEE探测器,将永久磁和惯性测量单元传感器附加在探针上,用软绳索取代软气管,只包含传输超声波信号的电线,并显示通过外部永久磁力实现6-DOF本地化和5DOF闭环控制探测器,其基础是内部惯性测量和外部磁场遥感数据的融合。拟议方法并不要求操作器和探测器的复杂结构或动作,与现有的磁操纵方法相比较。我们进行了广泛的实验,以验证框架在本地化准确性、更新率、工作空间大小和跟踪精确性方面的有效性。此外,我们在现实的心电离心机测量和远程采集要求中所获得的结果也符合拟议的条件。

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