바늘 삽입 로봇은 원격 및 로봇 제어를 통해 수동 삽입 과정에서 발생하는 불안정성을 개선할 수 있다는 점에서 다양한 플랫폼을 기반으로 연구되어 왔다. 그러나 C-arm 기반 X-ray 시술 환경에...
바늘 삽입 로봇은 원격 및 로봇 제어를 통해 수동 삽입 과정에서 발생하는 불안정성을 개선할 수 있다는 점에서 다양한 플랫폼을 기반으로 연구되어 왔다. 그러나 C-arm 기반 X-ray 시술 환경에서는 충돌 및 기구적 간섭을 효과적으로 회피하는 데 여전히 한계가 존재한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 통증 중재 시술을 위한 케이블 구동 병렬 로봇(Cable-Driven Parallel Robot, CDPR) 기반 바늘 삽입 시스템을 제안한다.
제안된 시스템은 C-arm 영상 장치로 인해 제한된 작업공간 내에서 동작할 수 있도록 설계되었으며, 바늘 삽입 시 피부 진입점을 기준으로 고정된 회전 중심을 유지하기 위해 가상 원격 회전 중심(Virtual Remote Center of Motion, RCM) 메커니즘을 적용하였다. 또한 제한된 공간 조건에서도 안정적인 엔드이펙터 구동이 가능하도록 케이블 간섭 회피 전략을 구현하였다. 시스템의 성능은 팬텀 및 카데바 실험을 통해 실험적으로 평가되었다.
더불어, 바늘 삽입 과정에서 발생하는 저항 변화를 모니터링하기 위해 케이블 장력 정보를 활용한 외력 추정 기법을 제안하였다. 본 접근법은 바늘 끝단의 힘을 직접 측정하는 대신, 케이블 장력 변화로부터 엔드이펙터에 작용하는 합력 형태의 외력을 추정함으로써 조직 관통과 관련된 Loss of Resistance (LOR) 현상을 실시간으로 감지할 수 있도록 한다. 실험 결과, 제안된 시스템은 RCM 기반 삽입 경로를 안정적으로 추종함과 동시에, 바늘 팁에 추가적인 센서 없이도 LOR 이벤트를 감지할 수 있음을 확인하였다.
이러한 결과는 본 연구에서 제안한 CDPR 기반 바늘 삽입 로봇 시스템이 통증 중재 시술에 적용 가능한 가능성을 지니며, C-arm 유도 환경에서 시술의 안전성과 직관성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가짐을 보여준다.