Design of a Binary Needle Manipulator Using Elastically Averaged Air Muscles for Prostate Cancer Treatments
Notice bibliographique
Résumé
Affecting 1 out of 8 subjects in the U.S., prostate cancer is the most common form of cancer in men. Current medical procedures could be improved by the development of an MRI compatible (Magnetic Resonance Imaging) needle manipulator system, to precisely reach small tumors (<5 mm) inside the prostate. This paper presents and analyzes the potential of such a needle manipulator concept, based on hyper-redundant binary air muscles, all controlled by MRI compatible valves (e.g. piezoelectric or dielectric elastomer actuators). The proposed manipulator uses 12 polymer air muscles, each driven by 2 different actuation pressures, offering a total of 4096 (212) discrete needle positions. Based on a hyperelastic continuum mechanics air muscle model, a theoretical manipulator design is used to evaluate clinically-relevant design metrics, such as size, stiffness, workspace, accuracy and sensitivity. In this model, the manipulator’s equilibrium configuration (for a given set of input pressures and applied forces) is found by minimizing the system’s potential energy. The model capability is verified experimentally by a one degree of freedom (DOF) prototype. Simulation results show that the proposed elastically averaged air muscle concept can meet all design requirements. In particular, the needle workspace of about 70 mm by 80 mm entirely covers the prostate area, where targets are accurately reachable within 0.7 mm. Also, the pneumatic actuators can generate high forces leading to a system stiffness of ∼4.6 N/mm at the needle tip. Such stiffness can adequately sustain the needle during insertion with minimal deflection to guaranty accurate positioning.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».