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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

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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


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.

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