A Master-to-Simulation Interface with Demonstration-Trajectory Guidance for Vascular Intervention
作者: Mingyu Zou, Shuxiang Guo, Sheng Cao, Pengcheng Li, Jian Guo, Bin Wang, Mingchao Din
分类: cs.RO
发布日期: 2026-10-14
备注: 6 pages, 3 figures, submitted to IEEE journals
💡 一句话要点
提出一种主控与仿真接口以优化血管介入操作指导
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 机器人手术 血管介入 物理仿真 操作指导 成功轨迹 视觉辅助 SOFA平台
📋 核心要点
- 现有的血管介入方法在操作指导上存在不足，传统透视图像提供的空间信息有限，难以实现有效的操作支持。
- 本文提出了一种将真实机器人主控器与SOFA仿真平台连接的交互系统，通过重用成功的操作轨迹提供视觉指导。
- 实验结果表明，成功轨迹指导显著提高了操作效率，相较于无指导条件，任务完成时间和错误发生率均有显著降低。
📝 摘要（中文）
机器人血管介入可以减少医生的辐射暴露并提高操作稳定性，但有效指导仍然具有挑战性，因为传统的透视图像提供的空间信息有限。本文开发了一种血管介入交互系统，将真实的机器人主控器与SOFA（仿真开放框架架构）物理仿真平台连接，并在物理模型实验中重用成功的操作轨迹作为视觉指导。实验验证了主控到SOFA的控制回路，并比较了三种指导条件：无指导、中心线指导和成功轨迹指导。结果表明，成功轨迹指导在任务完成时间、碰撞次数、回退次数和旋转次数上分别减少了约66.8%、34.3%、55.6%和66.7%，显示出其在机器人血管介入实验中的实际指导价值。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决机器人血管介入操作中缺乏有效指导的问题，现有方法依赖传统透视图像，导致空间信息不足，影响操作稳定性和安全性。
核心思路：论文提出通过将真实的机器人主控器与SOFA仿真平台连接，利用成功的操作轨迹作为视觉指导，帮助操作者更好地进行介入操作。
技术框架：整体架构包括主控器、SOFA仿真平台和物理模型实验三个主要模块。主控器负责接收操作者的指令，SOFA平台进行物理仿真，实验模块用于验证指导效果。
关键创新：最重要的技术创新在于成功轨迹的重用，提供了一种简单有效的视觉辅助策略，与传统方法相比，显著提高了操作的效率和安全性。
关键设计：在实验中，设置了三种不同的指导条件，并通过控制回路验证了命令传递的可靠性，确保在速度模式下的稳定操作。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果显示，成功轨迹指导在任务完成时间、碰撞次数、回退次数和旋转次数上分别减少了约66.8%、34.3%、55.6%和66.7%。与无指导条件相比，成功轨迹指导显著提升了操作性能，验证了其实际应用价值。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括医疗机器人、血管介入手术和其他需要高精度操作的领域。通过提供有效的视觉指导，能够显著提高手术的安全性和效率，未来可能推动机器人手术技术的广泛应用。
📄 摘要（原文）
Robotic vascular intervention can reduce radiation exposure to physicians and improve manipulation stability, but effective guidance remains challenging because conventional fluoroscopic images provide limited spatial information. This paper developed a vascular intervention interactive system that connects a real robotic master controller with the SOFA(Simulation Open Framework Architecture) physical simulation platform and reused successful operation trajectories as visual guidance in physical phantom experiments. Experiments were conducted to validate the master-to-SOFA control loop and to compare three guidance conditions: no guidance, centerline guidance, and successful-trajectory guidance. The control validation results showed reliable command delivery under velocity-mode operation. In the physical phantom experiment, centerline guidance showed no obvious improvement over no guidance. In contrast, successful trajectory guidance provided a clear performance benefit. Compared with the no-guidance condition, it reduced task completion time, collision number, rollback number, and rotation number by approximately 66.8%, 34.3%, 55.6%, and 66.7%, respectively. These results indicate that successful trajectories obtained under instrument-vessel interaction can provide practical guidance cues, offering a simple and effective visual assistance strategy for robotic vascular intervention experiments.