Planejamento para Inserção de Agulhas com Ponta Chata Direcionáveis em Tecidos Moles 2D com Obstáculos

Exploramos o planejamento de movimento para uma nova classe de agulhas médicas com ponta chata altamente flexíveis que podem ser direcionadas para alvos previamente inatingíveis em tecidos moles. O planejamento para esses procedimentos é difícil porque as agulhas se curvam durante a inserção e fazem com que os tecidos moles ao redor se desloquem e se deformem. Neste artigo, desenvolvemos um algoritmo de planejamento para a inserção de agulhas com ponta chata altamente flexíveis em tecidos moles com obstáculos em um plano de imagem 2D. Dado um plano inicial de inserção de agulha especificando localização, orientação, rotação da ponta chata e distância de inserção, o planejador combina modelagem de tecidos moles e otimização numérica para gerar um plano de inserção de agulha que compensa deformações simuladas dos tecidos, evita localmente obstáculos poligonais e minimiza a distância de inserção da agulha. O simulador calcula as deformações dos tecidos moles usando um modelo de elemento finito que incorpora os efeitos da ponta da agulha e forças de atrito usando uma malha 2D. Formulamos o problema de planejamento como um problema de otimização não linear com restrições que é minimizado localmente usando um método de penalização que converte a formulação em uma sequência de problemas de otimização não restritos. Aplicamos o planejador a agulhas com ponta chata direita e esquerda e geramos planos para alvos que são inatingíveis por agulhas rígidas.