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Autonomous Robotic Intracardiac Catheter Navigation Using Haptic Vision

Authors :
Karl Price
Mossab Y Saeed
Zurab Machaidze
Georgios Fagogenis
Fei-Yi Wu
Margherita Mencattelli
Viktoria Weixler
Benoit Rosa
John E. Mayer
Pierre E. Dupont
Boston Children's Hospital
Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube)
Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Taipei Veterans general hospital
École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Science Robotics, Science Robotics, American Association for the Advancement of Science 2019, 4 (29), pp.eaaw1977. ⟨10.1126/scirobotics.aaw1977⟩, Science Robotics, 2019, 4 (29), pp.eaaw1977. ⟨10.1126/scirobotics.aaw1977⟩
Publication Year :
2019

Abstract

International audience; While all minimally invasive procedures involve navigating from a small incision in the skin to the site of the intervention, it has not been previously demonstrated how this can be done 10 autonomously. To show that autonomous navigation is possible, we investigated it in the hardest place to do it-inside the beating heart. We created a robotic catheter that can navigate through the blood-filled heart using wall-following algorithms inspired by positively thigmotactic animals. The catheter employs haptic vision, a hybrid sense using imaging for both touch-based surface identification and force sensing, to accomplish wall following inside the blood-filled heart. 15 Through in vivo animal experiments, we demonstrate that the performance of an autonomously-controlled robotic catheter rivals that of an experienced clinician. Autonomous navigation is a fundamental capability on which more sophisticated levels of autonomy can be built, e.g., to perform a procedure. Similar to the role of automation in fighter aircraft, such capabilities can free the clinician to focus on the most critical aspects of the procedure while providing precise and 20 repeatable tool motions independent of operator experience and fatigue.

Details

ISSN :
24709476
Volume :
4
Issue :
29
Database :
OpenAIRE
Journal :
Science robotics
Accession number :
edsair.doi.dedup.....4dbe2daa8429d45c5a7ffaac3535bfb0
Full Text :
https://doi.org/10.1126/scirobotics.aaw1977⟩