Un Sistema de Imágenes Fluoroscópicas Autónomo para Inserciones de Catéteres mediante un Esquema de Control Bilateral: Un Estudio de Simulación Numérica
Autores: Ward, Gregory Y.; Sun, Dezhi; Niu, Kenan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un Sistema de Imágenes Fluoroscópicas Autónomo para Inserciones de Catéteres mediante un Esquema de Control Bilateral: Un Estudio de Simulación Numérica
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Arquitectura de control
Retroalimentación de imágenes fluoroscópicas
Catéter robótico
Brazo en C
Exposición a la radiación
Guía de imágenes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta una arquitectura de control bilateral que vincula la retroalimentación de imágenes fluoroscópicas directamente a la cinemática de un catéter robótico de tres articulaciones impulsado por tendones y un brazo en C motorizado de 3 grados de libertad, con la intención de preservar la geometría de imagen óptima durante la inserción autónoma del catéter y así mitigar la exposición a la radiación. La cinemática directa e inversa para ambos manipuladores se derivó a través de la teoría de tornillos y el análisis geométrico, mientras que un modelo de proyección calibrado generó imágenes de rayos X sintéticas cuyos ángulos de flexión del catéter se extrajeron mediante umbralización de intensidad, segmentación, esqueletonización y ajuste de círculos por mínimos cuadrados. El ángulo estimado alimentó una rutina unidimensional de búsqueda de extremos que rotó el brazo en C alrededor de su tercer eje hasta que el ángulo de flexión aparente alcanzó su punto máximo, señalando una vista ortogonal del plano de flexión del catéter. Implementado en un simulador basado en física, el marco logró errores cinemáticos inversos por debajo del 0.20% para ángulos objetivo entre y , con una precisión que disminuyó al 3.00% en . El estimador de ángulo basado en imágenes mantuvo un error cuadrático medio del % en la mayor parte del mismo rango, aumentando al 6.4% en . La búsqueda del brazo en C localizó consistentemente la perspectiva óptima, y el controlador combinado guió la punta del catéter a lo largo de un camino aórtico predefinido sin colisiones. Estos resultados demuestran una precisión angular subgrados en condiciones idealizadas y sin ruido, y validan el acoplamiento en tiempo real de la guía de imágenes al movimiento de manipuladores duales; el trabajo futuro introducirá ruido de imagen realista, mecánica de catéter refinada y pruebas de hardware en el bucle para confirmar los beneficios en la dosis de radiación y el flujo de trabajo.
Descripción
Este estudio presenta una arquitectura de control bilateral que vincula la retroalimentación de imágenes fluoroscópicas directamente a la cinemática de un catéter robótico de tres articulaciones impulsado por tendones y un brazo en C motorizado de 3 grados de libertad, con la intención de preservar la geometría de imagen óptima durante la inserción autónoma del catéter y así mitigar la exposición a la radiación. La cinemática directa e inversa para ambos manipuladores se derivó a través de la teoría de tornillos y el análisis geométrico, mientras que un modelo de proyección calibrado generó imágenes de rayos X sintéticas cuyos ángulos de flexión del catéter se extrajeron mediante umbralización de intensidad, segmentación, esqueletonización y ajuste de círculos por mínimos cuadrados. El ángulo estimado alimentó una rutina unidimensional de búsqueda de extremos que rotó el brazo en C alrededor de su tercer eje hasta que el ángulo de flexión aparente alcanzó su punto máximo, señalando una vista ortogonal del plano de flexión del catéter. Implementado en un simulador basado en física, el marco logró errores cinemáticos inversos por debajo del 0.20% para ángulos objetivo entre y , con una precisión que disminuyó al 3.00% en . El estimador de ángulo basado en imágenes mantuvo un error cuadrático medio del % en la mayor parte del mismo rango, aumentando al 6.4% en . La búsqueda del brazo en C localizó consistentemente la perspectiva óptima, y el controlador combinado guió la punta del catéter a lo largo de un camino aórtico predefinido sin colisiones. Estos resultados demuestran una precisión angular subgrados en condiciones idealizadas y sin ruido, y validan el acoplamiento en tiempo real de la guía de imágenes al movimiento de manipuladores duales; el trabajo futuro introducirá ruido de imagen realista, mecánica de catéter refinada y pruebas de hardware en el bucle para confirmar los beneficios en la dosis de radiación y el flujo de trabajo.