CPS: Autonomous Attainment of Tissue-Centricity in Electrosurgery through Data-Driven Persistently Evolving Thermogeometric Adaptivity

CPS:通过数据驱动的持续发展的热几何适应性在电外科中自主实现以组织为中心

基本信息

项目摘要

1. The Main Project Objective. Electrosurgery has become the leading surgical technique due to its low cost, adaptability, and capability for simultaneous cutting and hemostasis. However, at present surgeon maintains fixed mode and power level, routinely exceeding the required minimum. This gives rise to tissue charring, necrosis, and excessive voltage prone to cause injuries. The broad objective of this project is to mitigate the adverse consequences of a priori fixing mode/power, especially in laparoscopic and robotic setting, through enabling a paradigm shift - from surgeon-centric to tissue-centric. The latter consists in adaptively optimizing the actual operating conditions for maximum tissue benefit, while autonomously transitioning between modes, instead of holding the preset cut, mixed, or coagulation mode and its power. 2. Specific Aims. To enable the novel paradigm, specific aims consist in 1) developing i) multiscale control/display-oriented surgically-relevant tissue models through mutually reinforced first-principles and Al/data-driven formalisms, ii) multimodal software-sensor-based tissue-centric sensing, and iii) multiscale network adaptive tissue-centric control algorithms; 2) integrating them into a coherent cyber-physical design paradigm and constructing, on its basis, a multifunctional electrosurgical tool; 3) enabling a tissue-aware operating surgeon interface via real-time visual tissue status streaming, and 4) extensively testing resulting electrosurgical setting on perfused tissue . 3. Relevance to BIMIT Mission. The project integrates physical, engineering, and life sciences to improve medical care through developing electrosurgical paradigm for maximum tissue/patient benefit. 4. Research Design and Methods. 1) advance precarbonization sensing both fundamentally and technically, 2) design and implement a real-time multi-modal (thermal/vision/spectroscopic) sensor array that characterizes onset of the tissue condition corresponding to each of the modes, 3) in place of a single monopolar probe, design and build a fused array of flexible isolated electrodes to form a reconfigurable multi-arcing spatially-mixed-mode thermogeometric footprint, 4) develop software to aggregate fused probe and multi-modal sensor array into a hierarchical evolving structure to deliver the real-time-optimized thermogeometrically adaptable electrosurgical footprint through closed-loop individual mode selection /power regulation in each microprobe, 5) develop software for tissue-aware surgeon interface.
1。主要项目目标。由于其低,电外科已成为领先的手术技术 同时切割和止血的成本,适应性和能力。但是,目前外科医生 保持固定模式和功率水平,通常超过所需的最小值。这引起组织 烧伤,坏死和容易发生的电压。该项目的广泛目标是 减轻先验固定模式/力量的不利后果,尤其是在腹腔镜和机器人中 通过实现范式转移 - 从以外科医生为中心到以组织为中心的范围。后者是 自动优化实际操作条件以最大程度的组织益处,而自主 在模式之间过渡,而不是保持预设切割,混合或凝结模式及其功率。 2。具体目标。为了实现新颖的范式,具体目标包括1)开发i)多尺度 通过相互加固的第一原理和对照/面向外科手术的组织模型 al/数据驱动的形式主义,ii)以基于软件传感器的多式模式传感器,以及iii)多尺度 网络自适应组织中心对照算法; 2)将它们集成到相干的网络物理中 设计范式并以多功能电外科工具构建; 3)启用a 通过实时视觉组织状态流进行组织感知的操作外科医生接口,4)广泛 测试导致灌注组织上的电外科设置。 3。与Bimit Mission相关。该项目集成了物理,工程和生命科学以改善 通过开发电外科范式来提供最大的组织/患者益处的医疗保健。 4。研究设计和方法。 1)促进不碳化从根本上和 从技术上讲,2)设计和实施实时多模式(热/视觉/光谱)传感器阵列 这表征了与每种模式相对应的组织状况的发作,3)代替一个 单极探针,设计和建造融合的柔性隔离电极以形成可重构的电极 多砂的空间混合模式热几个地几脚印,4)开发软件以汇总融合 探针和多模式传感器阵列中的分层发展结构,以提供实时优化的 通过闭环单个模式,热绘制的电外科脚印 每个微探针中的选择 /功率调节,5)开发用于组织感知外科医生界面的软件。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
SPATIAL BEHAVIOUR OF SOLUTIONS OF THE MOORE-GIBSON-THOMPSON EQUATION.
Moore-Gibson-Thompson 方程解的空间行为。
PDE-Based Modeling and Non-collocated Feedback Control of Electrosurgical-Probe/Tissue Interaction.
GaN-HEMT Based Very-High-Frequency AC Power Supply for Electrosurgery.
Averaging of turbulent micropolar media: turbulent couple-stress, heat flux, and energy.
湍流微极性介质的平均值:湍流偶应力、热通量和能量。
Mach Fronts in Random Media with Fractal and Hurst Effects.
具有分形和赫斯特效应的随机介质中的马赫前沿。
  • DOI:
    10.3390/fractalfract5040229
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Ran,Junren;Ostoja-Starzewski,Martin;Povstenko,Yuriy
  • 通讯作者:
    Povstenko,Yuriy
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