طراحی، مدل سازی و شبیه سازی سامانه رباتیک ۶ درجه آزادی مجهز به بینایی ماشین و تحلیل هوشمند تصاویر CT-Fluoroscopy برای بیوپسی دقیق ریه با جبران حرکات تنفسی

بیوپسی سوزنی ریه تحت هدایت CT-Fluoroscopy یکی از روش های کلیدی برای تشخیص ضایعات ریوی است؛ اما این فرایند در عمل با چالش های مهمی از جمله حرکت تنفسی بیمار، محدودیت فضای کاری در اطراف گنتری CT، وابستگی بالا به مهارت اپراتور و مواجهه مستقیم تیم درمان با تابش یون ساز همراه است. در این پژوهش، یک سامانه رباتیک ۶ درجه آزادی خودمختار و هوشمند مجهز به دوربین انتهایی و ماژول هوش مصنوعی برای تحلیل بلادرنگ تصاویر فلوروسکوپی ارائه می شود. در سامانه پیشنهادی، تصاویر CT-Fluoroscopy توسط الگوریتم هوشمند پردازش شده، موقعیت ضایعه و مسیر ایمن ورود سوزن استخراج می گردد، سپس بازوی رباتیک با استفاده از حل سینماتیک معکوس، نوک سوزن را با دقت بالا به سمت هدف، هدایت می کند. برای آن که ربات در کنار تخت بیمار بتواند به کل ناحیه قفسه سینه، بخش عمده شکم فوقانی، و عملا شعاع کامل بدن یک انسان درازکشیده تسلط داشته باشد، ابعاد لینک ها به صورت بالینی و توسعه پذیر انتخاب شدند. ساختار سینماتیکی ربات با استفاده از پارامترهای دناویت–هارتنبرگ مدل سازی شد و روابط سینماتیک مستقیم، ژاکوبین، و حل عددی سینماتیک معکوس برای آن استخراج گردید. همچنین چارچوب جبران حرکت تنفسی بر پایه تخمین و پیش بینی حرکت هدف از روی توالی زمانی تصاویر فلوروسکوپی تدوین شد. نتایج تحلیلی و شبیه سازی نشان می دهند که ربات پیشنهادی از فضای کاری کافی برای پوشش ناحیه درمان برخوردار است، مسیر ورود را با لحاظ قیود آناتومیکی تعیین می کند، و در صورت استفاده از ماژول پیش بینی تنفسی می تواند خطای هدف گیری را به طور معناداری کاهش دهد. سامانه پیشنهادی بستری مناسب برای توسعه ربات های مداخله گر نسل جدید در محیط های تصویربرداری هدایت شده فراهم می کند.

کلیدواژه ها:

بیوپسی ریه ، ربات ۶ درجه آزادی ، رباتیک پزشکی ، CT-Fluoroscopy ، شبکه LSTM ، هوش مصنوعی