Robot-assisted steering of flexible needles for percutaneous procedures = Guidage robotisé des aiguilles flexibles pour des procédures percutanées = Guiagem robotizada de agulhas flexíveis para procedimentos percutâneos

Abstract

Esta tese propõe uma estratégia de guiagem robotizada de agulhas flexíveis com ponta chanfrada em procedimentos percutâneos. O método usa duty-cycle de rotação para realizar inserções com arco de curvatura ajustável e combina realimentação de imagem em malha fechada comuma estratégia intraoperatória de replanejamento de movimento para compensar incertezas e distúrbios no sistema. Diferentemente de estratégias anteriores, o replanejamento emmalha fechada é adequado a cenários dinâmicos emque há mudanças na posição do alvo e obstáculos. De fato, o sistema proposto foi implementado utilizando um robô manipulador, e os resultados obtidos de testes in vitro confirmaram a viabilidade do método. Até onde se sabe, tais resultados são originais, especialmente no que diz respeito ao uso de planejamento rápido intraoperatório combinado com duty-cycle da agulha e o uso de um braço manipulador disponível comercialmente. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis proposes a robot-assisted approach for automatic steering of flexible beveled needles in percutaneous procedures. The method uses duty-cycled rotation of the needle to performinsertion with arcs of adjustable curvature, and combines closed-loop imaging feedback with an intraoperative motion replanning strategy to compensate for system uncertainties and disturbances. Differently from previous approaches, the closed-loop replanning strategy is suitable for dynamic scenes that present changes of obstacles and target positions. Indeed, we implemented the proposed system using a robotic manipulator, and the results obtained from in vitro tests confirmed the viability of our method. To the best of our knowledge, such results are original, specifically in what concerns the use of an intraoperative fast replanning strategy combined with needle duty-cycling and the use of a commercially available manipulator arm. ___________________________________________________________________________________ RÉSUMÉ

Les travaux de cette thèse proposent une nouvelle approche pour le guidage assisté par robots d’aiguilles flexibles pour des procédures percutanées. La méthode est basée sur l’utilisation d’une rotation de l’aiguille avec un rapport cyclique variable pour réaliser une insertion avec des arcs de rayons de courbure différents. Elle combine un retour visuel avec une stratégie de planification adaptative pour compenser les incertitudes du système et les perturbations. Par rapport aux approches présentées précédemment dans la littérature, la stratégie de planification en boucle fermée est adaptée à des scènes dynamiques qui présentent des changements de position des obstacles et de la cible. Cette approche a été implémentée sur un système robotique et les résultats obtenus in vitro confirment tout l’intérêt de cette technique.