ICRA全稱(chēng)為“IEEE International Conference on Robotics and Automation”（機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議），是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域最有影響力的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議之一。ICRA 2017于5月29日至6月4日舉行，雷鋒網(wǎng)(公眾號(hào)：雷鋒網(wǎng))AI科技評(píng)論從新加坡帶來(lái)一線報(bào)道。該會(huì)議舉辦期間，雷鋒網(wǎng)將圍繞會(huì)議議程及獲獎(jiǎng)?wù)撐恼归_(kāi)系列專(zhuān)題報(bào)道，敬請(qǐng)期待。

下面是ICRA 2017最佳醫(yī)療機(jī)器人入圍論文的論文摘要。

基于并行計(jì)算硬件的連續(xù)體機(jī)器人的高效臨近查詢(xún)

由于連續(xù)體機(jī)器人領(lǐng)域的進(jìn)步，手術(shù)操作者越來(lái)越能夠通過(guò)復(fù)雜的路徑接近深層病變組織。在大多數(shù)情況下，這類(lèi)機(jī)器人可以精確的建模為一系列圓柱型。為了安全無(wú)縫的對(duì)這些具有復(fù)雜的非直觀運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，研究者開(kāi)發(fā)了依靠準(zhǔn)確的臨近度查詢(xún)，來(lái)計(jì)算連續(xù)體機(jī)器人與解剖結(jié)構(gòu)之間的距離的觸覺(jué)指導(dǎo)方案。該論文介紹了一種準(zhǔn)確地模擬連續(xù)體機(jī)器人的方法，該機(jī)器人采用具有球型或平面的圓柱型分段，然后有效地計(jì)算到三角形網(wǎng)格的最短距離。該論文提供了適用于并行計(jì)算硬件的簡(jiǎn)單和復(fù)雜集合圖元的高效分析窄相位PQ計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果顯示出該方法更高的性能適合于實(shí)時(shí)的機(jī)器人應(yīng)用。該論文在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中，比較了在PQ計(jì)算或其他優(yōu)化任務(wù)中使用的各種根尋找算法，以評(píng)估其在不同硬件上執(zhí)行的適用性。關(guān)于根據(jù)可用的并行計(jì)算硬件選擇合適的臨近度查詢(xún)算法來(lái)討論這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的含義。最后，介紹了密集動(dòng)態(tài)解剖結(jié)構(gòu)未來(lái)改進(jìn)的前景。

該論文來(lái)自倫敦帝國(guó)學(xué)院Hamlyn手術(shù)機(jī)器人研究中心，第一作者為Konrad Leibrandt。

論文地址：http://ieeexplore.ieee.org/document/7855751/

使用單一旋轉(zhuǎn)磁體同時(shí)定位和推進(jìn)內(nèi)腔中磁性膠囊的首次實(shí)現(xiàn)

該論文提出了一種使用單個(gè)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器磁體推進(jìn)嵌入了霍爾效應(yīng)傳感器的螺旋磁性膠囊的方法。該方法估計(jì)了膠囊與應(yīng)用場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)時(shí)的六自由度姿態(tài)。它適用于腸道的活動(dòng)膠囊內(nèi)窺鏡檢查。在膠囊通過(guò)內(nèi)腔時(shí)，使用一個(gè)拓展卡爾曼濾波器來(lái)對(duì)膠囊的六自由度姿態(tài)進(jìn)行估計(jì)，該卡爾曼濾波器使用的是簡(jiǎn)化的兩自由度過(guò)程模型，兩個(gè)自由度包括膠囊以其主軸線向前或向后移動(dòng)方向和旋轉(zhuǎn)方向。持續(xù)監(jiān)測(cè)膠囊在施加場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，以確定膠囊是否與施加的場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。基于該信息，調(diào)整外部源的旋轉(zhuǎn)速度，以防止期望的磁耦合出現(xiàn)損失。該試驗(yàn)首次證明了使用單個(gè)旋轉(zhuǎn)磁體對(duì)通過(guò)管腔的膠囊同時(shí)進(jìn)行定位和推進(jìn)是可行的。以前的工作假定膠囊在定位階段沒(méi)有凈運(yùn)動(dòng)，需要定位和推進(jìn)是分開(kāi)進(jìn)行的。與之前的分步方法相比，該方法需要的時(shí)間減少了三倍。

該論文來(lái)自猶他大學(xué)，第一作者為Katie Popek。

論文地址：http://www.cs.utah.edu/~thermans/papers/Popek_ICRA_2017-capsule-closed-loop-control.pdf

用于遠(yuǎn)程MR引導(dǎo)針插入的滾動(dòng)隔膜液壓傳動(dòng)

磁共振成像（magnetic resonance imaging， MRI）具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括無(wú)與倫比的軟組織表征能力，并能將檢測(cè)和活組織檢查兩個(gè)過(guò)程合二為一。然而，由于掃描空間狹窄，患者需要繁瑣重復(fù)的定位，或者使用機(jī)器助手將醫(yī)生與患者隔離。該論文提出了一種替代方案，使用一種經(jīng)皮手術(shù)的遠(yuǎn)程手術(shù)技術(shù)，以滿足介入放射科醫(yī)師的需求，克服MR環(huán)境所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。該技術(shù)演示了1-DOF針的插入手術(shù)。該技術(shù)使用滾動(dòng)隔膜，離合器和線纜絞盤(pán)驅(qū)動(dòng)器來(lái)推動(dòng)針，同時(shí)將作用力和運(yùn)動(dòng)無(wú)差別地傳遞給操作者。該系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的位置跟蹤性能（無(wú)負(fù)載的情況下<0.7^{cric}的誤差），并能可靠地傳遞力的變化。在針的遠(yuǎn)程操作期間，用戶(hù)能夠以77%的精度檢測(cè)輕薄膜穿刺，并且能夠像手動(dòng)操作一樣準(zhǔn)確的區(qū)分勁度系數(shù)。

該論文來(lái)自于斯坦福大學(xué)，第一作者為Natalie Burkhard。

論文地址：http://bdml.stanford.edu/uploads/Main/MedicalRoboticsPublications/icra2017_frishman.pdf

具有動(dòng)力的保護(hù)性股骨假體的高效能3D假肢行走的初步結(jié)果

該項(xiàng)工作提出了一種針對(duì)定制保護(hù)性股骨假體（compliant transfemoral prosthesis)的系統(tǒng)性假肢控制策略的初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)高效能的三維（3D）多接觸假體行走。特別是為了捕捉現(xiàn)實(shí)的截肢假體系統(tǒng)的重要組成部分，研究人員開(kāi)發(fā)了一種3D非對(duì)稱(chēng)混合動(dòng)力系統(tǒng)模型，形成了步態(tài)設(shè)計(jì)和控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。基于該模型，利用兩步直接并置優(yōu)化方法設(shè)計(jì)了一種高效能3D多接觸點(diǎn)的假肢步態(tài)。這種設(shè)計(jì)的步態(tài)也受到許多實(shí)際的限制，例如與人類(lèi)相似性的限制，以及舒適性限制。對(duì)于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究人員定制構(gòu)建了一個(gè)具有動(dòng)力的股骨假肢設(shè)備，該設(shè)備可以進(jìn)行修改，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的3D步態(tài)。該設(shè)備與現(xiàn)有的動(dòng)力假體的區(qū)別是，為了節(jié)能和類(lèi)人行為的目的，將兼容部件添加到三個(gè)關(guān)節(jié)中（兩個(gè)節(jié)距關(guān)節(jié)和一個(gè)滾動(dòng)關(guān)節(jié)）。結(jié)合所提出的控制方法和新穎的硬件設(shè)計(jì)，最終的結(jié)果是與其他設(shè)備和控制方法相比，實(shí)驗(yàn)性的實(shí)現(xiàn)了3D多接觸點(diǎn)的假肢行走，提高了能量效率。

該論文來(lái)自佐治亞理工大學(xué)，第一作者Huihua Zhao 的個(gè)人主頁(yè)：https://www.researchgate.net/profile/Huihua_Zhao

用于細(xì)針抽吸活檢的磁力驅(qū)動(dòng)軟膠囊內(nèi)窺鏡

該論文介紹了一種用于上消化道的細(xì)針抽吸活檢的磁力驅(qū)動(dòng)軟膠囊內(nèi)窺鏡（magnetically actuated soft capsule endoscope for fine-needle aspiration biopsy, B-MASCE）。一個(gè)薄而中空的針頭被連接到膠囊上，可以深入滲透到組織中以得到表面下的活檢樣本。該設(shè)計(jì)利用軟彈性體作為柔性機(jī)構(gòu)來(lái)引導(dǎo)針。內(nèi)部永久磁鐵為驅(qū)動(dòng)和跟蹤提供了一種手段。膠囊被設(shè)計(jì)成朝向其目標(biāo)滾動(dòng)，然后將活檢針部署在目標(biāo)區(qū)域的精確位置。B-MASCE由多個(gè)定制設(shè)計(jì)的電磁鐵控制，而其位置和方向由磁傳感陣列跟蹤。在體外試驗(yàn)中，B-MASCE展示了位于解剖人體胃模型內(nèi)的豬組織模型的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)和活檢。經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，組織樣品被保留在針內(nèi)。

該論文來(lái)自卡耐基梅隆大學(xué)，第一作者Donghoon Son的個(gè)人主頁(yè)：https://www.researchgate.net/profile/Donghoon_Son3