用于经皮扩张气管切开术的自动化机器人穿刺
机器人学
2026-02-27 v1
摘要
经皮扩张气管切开术（PDT）经常在重症监护病房中对需要长期机械通气的患者进行。穿刺作为PDT最关键的一步，如果操作不准确，可能导致大出血和后气管壁穿孔等不良后果。目前PDT穿刺实践均为手动操作，没有导航辅助，导致较大的位置和角度误差（5毫米和30度）。为了提高PDT手术的准确性并降低难度，我们提出了一种使用速度控制机器人操纵器自动插入针头的系统。利用两个电磁传感器（一个在针尖，另一个在气管内）的位姿数据引导，机器人系统使用自适应约束控制器在线调整不确定的运动学参数，并避免与患者身体和靶点附近组织发生碰撞。进行了仿真以验证控制器的实现，然后在人体模型上进行了四百次PDT穿刺以评估位置和角度精度。通过气管内传感器测量，绝对中位穿刺位置误差为1.7毫米（IQR：1.9毫米），中线偏差为4.13度（IQR：4.55度）。在模拟实验设置中与标称穿刺的微小偏差以及无碰撞插入的正式保证表明机器人PDT穿刺的可行性。
引用
@article{arxiv.2602.22952,
title = {Automated Robotic Needle Puncture for Percutaneous Dilatational Tracheostomy},
author = {Yuan Tang and Bruno V. Adorno and Brendan A. McGrath and Andrew Weightman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.22952},
year = {2026}
}