The goal of this study was to propose and validate a control framework with level-2 autonomy (task autonomy) for the control of flexible ablation catheters. To this end, a kinematic model for the flexible portion of typical ablation catheters was developed and a 40-mm-long spring-loaded flexible catheter was fabricated. The feasible space of the catheter was obtained experimentally. Furthermore, a robotic catheter intervention system was prototyped for controlling the length of the catheter tendons. The proposed control framework used a support vector machine classifier to determine the tendons to be driven, and a fully connected neural network regressor to determine the length of the tendons. The classifier and regressors were trained with the data from the feasible space. The control system was implemented in parallel at user-interface and firmware and exhibited a 0.4-s lag in following the input. The validation studies were four trajectory tracking and four target reaching experiments. The system was capable of tracking trajectories with an error of 0.49 ± 0.32 and 0.62 ± 0.36 mm in slow and fast trajectories, respectively. Also, it exhibited submillimeter accuracy in reaching three preplanned targets and ruling out one nonfeasible target autonomously. The results showed improved accuracy and repeatability of the position control compared with the recent literature. The proposed learning-based approach could be used in enabling task autonomy for catheter-based ablation therapies.

中文翻译：

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机器人心脏消融中的任务自主性：基于学习的软肌腱驱动导管的运动控制

本研究的目的是提出并验证具有 2 级自主性（任务自主性）的控制框架，用于控制柔性消融导管。为此，开发了典型消融导管柔性部分的运动学模型，并制作了 40 mm 长的弹簧加载柔性导管。通过实验获得导管的可行空间。此外，还制作了一个机器人导管介入系统原型，用于控制导管肌腱的长度。所提出的控制框架使用支持向量机分类器来确定要驱动的肌腱，并使用完全连接的神经网络回归器来确定肌腱的长度。分类器和回归器使用来自可行空间的数据进行训练。控制系统在用户界面和固件上并行实施，并在输入后表现出 0.4 秒的延迟。验证研究是四个轨迹跟踪和四个目标到达实验。该系统能够在慢速和快速轨迹中分别以 0.49 ± 0.32 和 0.62 ± 0.36 mm 的误差跟踪轨迹。此外，它在达到三个预先计划的目标和自动排除一个不可行的目标方面表现出亚毫米精度。结果表明，与最近的文献相比，位置控制的准确性和可重复性有所提高。所提出的基于学习的方法可用于实现基于导管的消融疗法的任务自主性。验证研究是四个轨迹跟踪和四个目标到达实验。该系统能够在慢速和快速轨迹中分别以 0.49 ± 0.32 和 0.62 ± 0.36 mm 的误差跟踪轨迹。此外，它在达到三个预先计划的目标和自动排除一个不可行的目标方面表现出亚毫米精度。结果表明，与最近的文献相比，位置控制的准确性和可重复性有所提高。所提出的基于学习的方法可用于实现基于导管的消融疗法的任务自主性。验证研究是四个轨迹跟踪和四个目标到达实验。该系统能够在慢速和快速轨迹中分别以 0.49 ± 0.32 和 0.62 ± 0.36 mm 的误差跟踪轨迹。此外，它在达到三个预先计划的目标和自动排除一个不可行的目标方面表现出亚毫米精度。结果表明，与最近的文献相比，位置控制的准确性和可重复性有所提高。所提出的基于学习的方法可用于实现基于导管的消融疗法的任务自主性。它在达到三个预先计划的目标并自动排除一个不可行的目标时表现出亚毫米精度。结果表明，与最近的文献相比，位置控制的准确性和可重复性有所提高。所提出的基于学习的方法可用于实现基于导管的消融疗法的任务自主性。它在达到三个预先计划的目标并自动排除一个不可行的目标时表现出亚毫米精度。结果表明，与最近的文献相比，位置控制的准确性和可重复性有所提高。所提出的基于学习的方法可用于实现基于导管的消融疗法的任务自主性。