論文の概要: Contrast-Free Autonomous Navigation of Untethered Endovascular Microrobots Using Single-Plane Fluoroscopy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.30220v1
• Date: Mon, 31 Aug 2026 04:08:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-01 18:31:31.217168
• Title: Contrast-Free Autonomous Navigation of Untethered Endovascular Microrobots Using Single-Plane Fluoroscopy
• Title（参考訳）: 単一平面蛍光法による非接触型血管内マイクロロボットのコントラストフリー自律ナビゲーション
• Authors: Husnu Halid Alabay, Tuan-Anh Le, Ping Wang, Hakan Ceylan,
• Abstract要約: 単面蛍光顕微鏡は2次元のプロジェクションのみを提供し、深度情報を排除し、自律的なナビゲーションを複雑にする。 単面蛍光下でのコントラストフリー自律ナビゲーションを実現するデジタルツインフレームワークであるVISTAを紹介する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.627058255720213
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Reliable three-dimensional (3D) navigation of magnetically actuated untethered microrobots remains a major barrier to clinical translation. X-ray fluoroscopy is the standard real-time imaging modality for endovascular procedures, but single-plane fluoroscopy provides only a two-dimensional (2D) projection, eliminating depth information and complicating autonomous navigation. Recovering this information through biplane imaging or repeated contrast-enhanced angiography increases procedural complexity, radiation exposure, or contrast burden. Here, we introduce VISTA (Virtual Integration for Spatial Tracking and Autonomy), a digital twin framework enabling contrast-free autonomous navigation under single-plane fluoroscopy. VISTA reconstructs vascular anatomy as a 3D digital twin, discretizes the vessel centerline into navigation milestones, and assigns the detected 2D robot position to the nearest projected milestone. Consecutive milestones define the local vessel orientation used to generate magnetic actuation commands, converting single-plane fluoroscopic observations into topology-constrained navigation states without requiring contrast injection during navigation. VISTA is demonstrated across anatomically distinct vascular phantoms under continuous flow and within the inferior vena cava of a live rat in vivo. Compared with conventional fluoroscopic human-in-the-loop control, VISTA reduced navigation time by up to 62%, corrective actuation commands by up to 98%, and radiation exposure by up to 57%. These results establish VISTA as a digital twin-guided framework for contrast-free autonomous navigation of untethered endovascular microrobots using widely available single-plane fluoroscopy.
• Abstract（参考訳）: 磁気駆動型非接触型マイクロロボットの信頼性の高い3次元ナビゲーションは、臨床翻訳において大きな障壁となっている。 X線フルオロスコープは血管内手術の標準的なリアルタイム画像モダリティであるが、単一平面のフルオロスコープは2次元のプロジェクションのみを提供し、深度情報を排除し、自律的なナビゲーションを複雑にする。 この情報を複葉画像やコントラスト強調撮影で再現することで、手続き上の複雑さ、放射線暴露、コントラスト負荷が増大する。 本稿では,VISTA(Virtual Integration for Spatial Tracking and Autonomy)について紹介する。 VISTAは血管解剖を3Dデジタル双生児として再構築し、血管中心をナビゲーションマイルストーンに識別し、検出された2Dロボットの位置を最も近い予測マイルストーンに割り当てる。 連続的なマイルストーンは、磁気アクチュエーターコマンドを生成するために使用される局所的な血管の向きを定義し、単一平面のフルオロスコープ観測を航法中にコントラスト注入を必要とせず、トポロジーに制約された航法状態に変換する。 VISTAは、連続流下の解剖学的に異なる血管ファントムと、生きたラットの下大静脈内で実証される。 従来のフルオロスコープ・ヒューマン・イン・ザ・ループ・コントロールと比較して、VISTAは航法時間を最大62%削減し、修正作動コマンドを最大98%削減し、放射線暴露を最大57%削減した。 これらの結果から、VISTAは、広範に利用可能な単面蛍光顕微鏡を用いて、非接触型血管内マイクロロボットのコントラストフリー自律ナビゲーションのためのデジタルツインガイドフレームワークとして確立された。

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