基于光学与磁性混合追踪系统的无约束医学微型机器人实时位姿估计

《Water》：On the Pose Estimation of an Untethered Microrobot via Magnetic Localization and Optical Tracking

　　医学微型机器人领域已成为一种前景广阔的技术途径，适用于在常规方法效率不足的解剖区域进行精细的医疗干预。由于受限的解剖操作空间导致可见性有限，为了完成预期任务，对无约束微型机器人的精确追踪变得至关重要，同时也构成了一项关键挑战。尽管已有文献研究致力于克服上述挑战，但不足之处包括：长时间暴露于强磁场、追踪工作空间受限以及鲁棒性不足等。鉴于此，本文提出了一种结合光学与磁性工具的混合追踪系统，用于在封闭工作空间内对无约束微型机器人进行实时位姿估计。所提出的系统采用了一款自定义的霍尔效应传感器阵列装置，该装置能够实现单自由度驱动以执行平面扫描运动，并利用三台低成本动作捕捉摄像头实时追踪该装置的位姿。通过结合精确的光学追踪、磁感应以及所提出的人工神经网络（ANN）估计方法，该系统克服了光学动作追踪系统的可见性限制以及磁感应系统的工作空间限制。研究人员利用一台KUKA KR6 R900 SIX串联机器人机械臂模拟无约束微型机器人的驱动，对已搭建的硬件系统进行了验证研究。在验证过程中，传感器装置的运动、机械臂末端执行器以及微型机器人被流式传输至3D Slicer软件的虚拟环境中，以通过高效的手术导航方法增强视觉反馈。所提出的方法在微型机器人追踪方面展现了高效的结果和亚毫米级的精度。