Image-Guided Control of an Endoscopic Robot for OCT Path Scanning

Autor: Oscar Caravaca-Mora, Florent Nageotte, Philippe Zanne, Zhongkai Zhang, Michalina Gora, Benoit Rosa
Přispěvatelé: Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-11-LABX-0004,CAMI,Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur(2011), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), univOAK, Archive ouverte, Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur - - CAMI2011 - ANR-11-LABX-0004 - LABX - VALID, ICube Laboratory, University of Strasbourg, CNRS, France
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
0209 industrial biotechnology
Control and Optimization
genetic structures
Computer science
Biomedical Engineering
ComputingMethodologies_IMAGEPROCESSINGANDCOMPUTERVISION
02 engineering and technology
Sciences de l'ingénieur [physics]/Automatique / Robotique
Visual servoing
01 natural sciences
Visual control
[SPI.AUTO]Engineering Sciences [physics]/Automatic
010309 optics
020901 industrial engineering & automation
Optical coherence tomography
optimization based control
Artificial Intelligence
[INFO.INFO-AU]Computer Science [cs]/Automatic Control Engineering
0103 physical sciences
medicine
[INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO]
Computer vision
Quadratic programming
visual servoing
tissue scanning
Monocular
optical coherence tomography
medicine.diagnostic_test
business.industry
Orientation (computer vision)
Mechanical Engineering
Kalman filter
flexible endoscopy
eye diseases
Computer Science Applications
Human-Computer Interaction
[SPI.AUTO] Engineering Sciences [physics]/Automatic
Control and Systems Engineering
Robot
Computer Vision and Pattern Recognition
Artificial intelligence
sense organs
business
Zdroj: IEEE Robotics and Automation Letters
IEEE Robotics and Automation Letters, IEEE 2021, 6 (3), pp.5881-5888
IEEE Robotics and Automation Letters, 2021, 6 (3), pp.5881-5888
IEEE Robotics and Automation Letters (RA-L)
IEEE Robotics and Automation Letters (RA-L), 2021
ISSN: 2377-3766
Popis: International audience; Optical coherence tomography (OCT) endoscopic catheters provide efficient solutions for the non-invasive scan of malignant tissues in internal human organs. In this letter, we investigate the image-guided control of a robotic flexible endoscopic system equipped with an OCT probe for autonomous tissue scanning. The visual control strategy is achieved by combining the image feedback from both a monocular endoscopic camera (eye-to-hand) and an OCT probe (eye-in-hand). Our control strategy allows the OCT probe to automatically track a trajectory defined by the user on the 2D endoscopic image and keep contact with the scanned surface. The orientation, depth, and endoscopic 2D image position are controlled by solving an optimization problem, which is converted to a quadratic programming problem. For the implementation of the visual control strategy, we also consider visibility constraints and actuators limitations. In addition, a marker-based method to estimate the 3D pose of the continuum robot using only 2D images is proposed based on a Kalman filter and a registration technique. The proposed control strategy is validated using both simulation and laboratory experiments.
Databáze: OpenAIRE
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