Robust control of a bevel-tip needle for medical interventional procedures

斜面 控制理论(社会学) 整体滑动模态 执行机构 运动学 计算机科学 组分(热力学) 滑模控制 控制(管理) 控制工程 工程类 人工智能 非线性系统 机械工程 物理 热力学 量子力学 经典力学
作者
Surender Hans,Felix Orlando Maria Joseph
出处
期刊:IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:7 (1): 244-256 被引量:24
标识
DOI:10.1109/jas.2019.1911660
摘要

In minimally invasive surgery, one of the main objectives is to ensure safety and target reaching accuracy during needle steering inside the target organ. In this research work, the needle steering approach is determined using a robust control algorithm namely the Integral sliding mode control ( ISMC ) strategy to eliminate the chattering problem associated with the general clinical scenario. In general, the discontinuity component of feedback control input is not appropriate for the needle steering methodology due to the practical limitations of the driving actuators. Thus in ISMC, we have incorporated the replacement of the discontinuous component using a super twisting control ( STC ) input due to its unique features of chattering elimination and disturbance observation characteristics. In our study, the kinematic model of an asymmetric flexible bevel-tip needle in a soft-tissue phantom is used to evaluate stability analysis. A comparative study based on the analysis of chattering elimination is executed to determine the performance of the proposed control strategy in real-time needle steering with conventional sliding mode control using vision feedback through simulation and experimental results. This validates the efficacy of the proposed control strategy for clinical needle steering.

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