用MRI激活的机器人导管的自由空间动态建模
Ran Hao1, E Erdem Tuna1, Yuttana Itsarachaiyot1
1Department of Electrical, Computer, and Systems Engineering, Case Western Reserve University, Cleveland, OH, 44106.
IEEE/ASME transactions on mechatronics : a joint publication of the IEEE Industrial Electronics Society and the ASME Dynamic Systems and Control Division
|June 20, 2025
概括
这项研究介绍了一种新型磁共振成像 (MRI) 启动的机器人导管的两个动态模型,这对于精确的医疗干预至关重要. 这些经过实验验证的模型增强了MRI引导机器人导管的控制和导航.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 医疗成像医学成像
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 机器人导管在最小侵入性手术中提供了更高的精度.
- 磁共振成像 (MRI) 提供实时,高分辨率的解剖学可视化.
- 整合机器人驱动与MRI指导提出了独特的建模挑战.
研究的目的:
- 开发和评估一个新的MRI驱动机器人导管的离散时间动态模型.
- 将全身Cosserat-rod动态模型与混合Cosserat-rod模型进行比较.
- 通过实验验证为准确的导管导航提出的动态模型.
主要方法:
- 将机器人导管建模为相互连接的刚性和柔性段.
- 使用动态Cosserat-rod理论和欧勒-拉格朗日方程进行动态建模.
- 实施混合方法,将静态和动态的Cosserat-rod理论结合起来.
- 实验验证使用一个catadioptric立体声跟踪系统进行3D轨迹分析.
主要成果:
- 两种不同的离散时间动态模型用于MRI驱动的机器人导管成功衍生出来.
- 全身Cosserat-rod模型包含灵活段的动态方程和刚性段的欧勒-拉格朗日方程.
- 混合模型使用欧勒 - 拉格朗日对刚性段和静态的Cosserat-棒理论灵活的段.
- 实验验证证了拟议的动态模型在预测导管运动中的准确性.
结论:
- 提出的动态模型为MRI驱动的机器人导管的先进控制提供了基础.
- 两种开发的模型都提供了可行的方法来模拟和控制MRI环境中的导管动力学.
- 实验验证强调了这些模型在现实场景中的实际适用性.
