In recent years, simultaneous magnetic actuation and localization (SMAL) for active wireless capsule endoscopy (WCE) has been intensively studied to improve the efficiency and accuracy of the examination. In this paper, we propose an autonomous magnetic navigation framework for active WCE that mimics the "insertion" and "withdrawal" procedures performed by an expert physician in conventional colonoscopy, thereby enabling efficient and accurate navigation of a robotic capsule endoscope in the intestine with minimal user effort. First, the capsule is automatically propelled through the unknown intestinal environment and generate a viable path to represent the environment. Then, the capsule is autonomously navigated towards any point selected on the intestinal trajectory to allow accurate and repeated inspections of suspicious lesions. Moreover, we implement the navigation framework on a robotic system incorporated with advanced SMAL algorithms, and validate it in the navigation in various tubular environments using phantoms and an ex-vivo pig colon. Our results demonstrate that the proposed autonomous navigation framework can effectively navigate the capsule in unknown, complex tubular environments with a satisfactory accuracy, repeatability and efficiency compared with manual operation.


翻译:近年来,对活性无线胶囊内分泌镜(WCE)的同步磁振动和定位(SMAL)进行了深入研究,以提高检查的效率和准确性。在本文件中,我们提议为活性 WCE建立一个自动磁导航框架,以模拟常规结肠镜学专家医生实施的“插入”和“退出”程序,从而能够以最小的用户努力在肠道内高效、准确地导航机器人胶囊内分泌镜。首先,胶囊通过未知的肠道环境自动推进,并产生代表环境的可行路径。然后,胶囊可以自主地向肠道选择的任何点行驶,以便对可疑的损伤进行准确和反复检查。此外,我们实施了与先进的SMAL算法相结合的机器人系统导航框架,并用幽灵和前活性猪结肠法验证了该系统在不同管环境的导航。我们的结果表明,拟议的自主导航框架可以在未知、复杂的管道环境中有效导航胶囊,与手动操作相比,具有令人满意的准确性、可重复性和效率。

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