論文の概要: Automated Robotic Needle Puncture for Percutaneous Dilatational Tracheostomy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.22952v1
• Date: Thu, 26 Feb 2026 12:47:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.737437
• Title: Automated Robotic Needle Puncture for Percutaneous Dilatational Tracheostomy
• Title（参考訳）: 経皮的拡張気管切開術における自動ロボット針切開法
• Authors: Yuan Tang, Bruno V. Adorno, Brendan A. McGrath, Andrew Weightman,
• Abstract要約: 集中治療室の患者に対して経皮的拡張性骨切り術(PDT)を施行した。 PDTパンクチャの現在の実践はすべて、ナビゲーション補助なしで手動で行われる。 速度制御ロボットマニピュレータを用いて針挿入を自動化するシステムを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.122041813412971
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Percutaneous dilatational tracheostomy (PDT) is frequently performed on patients in intensive care units for prolonged mechanical ventilation. The needle puncture, as the most critical step of PDT, could lead to adverse consequences such as major bleeding and posterior tracheal wall perforation if performed inaccurately. Current practices of PDT puncture are all performed manually with no navigation assistance, which leads to large position and angular errors (5 mm and 30 degree). To improve the accuracy and reduce the difficulty of the PDT procedure, we propose a system that automates the needle insertion using a velocity-controlled robotic manipulator. Guided using pose data from two electromagnetic sensors, one at the needle tip and the other inside the trachea, the robotic system uses an adaptive constrained controller to adapt the uncertain kinematic parameters online and avoid collisions with the patient's body and tissues near the target. Simulations were performed to validate the controller's implementation, and then four hundred PDT punctures were performed on a mannequin to evaluate the position and angular accuracy. The absolute median puncture position error was 1.7 mm (IQR: 1.9 mm) and midline deviation was 4.13 degree (IQR: 4.55 degree), measured by the sensor inside the trachea. The small deviations from the nominal puncture in a simulated experimental setup and formal guarantees of collision-free insertions suggest the feasibility of the robotic PDT puncture.
• Abstract（参考訳）: 経皮的拡張気管切開術 (PDT) は, 長期の機械的換気のために集中治療室で頻繁に施行される。 針穿刺は, PDTの最も重要な段階として, 不正確な出血や気管後壁穿孔などの副作用を引き起こす可能性がある。 PDTパンクチャの現在の実践は、すべて手動で行われ、ナビゲーション補助がないため、大きな位置と角誤差(5mmと30度)が生じる。 PDT手順の精度の向上と難易度低減を目的として,速度制御ロボットマニピュレータを用いて針挿入を自動化するシステムを提案する。 ロボットシステムは、針先と気管内の2つの電磁センサーからのポーズデータを用いて、不確実な運動パラメータをオンラインで適応させ、患者の体や標的近くの組織との衝突を避けるために適応的な拘束されたコントローラを使用する。 制御器の実装を検証するシミュレーションを行い、マニキン上に400個のPDTパンクチャを行い、位置と角度の精度を評価した。 絶対ピーク位置誤差は1.7mm(IQR: 1.9mm)で、中線偏差は4.13度(IQR: 4.55度)であった。 模擬実験装置による命名的穿刺からの小さなずれと衝突のない挿入の正式な保証は、ロボットPDT穿刺の可能性を示している。

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