发表机构
Voryx Robotic LLC（Voryx Robotic LLC）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。AI 中文总结
研究安全可控导管-组织相互作用动力学问题，通过建立模型、采用部分物理前馈、预测优化器及增强卡尔曼滤波器等方法，实现无偏移运动调节与接触力安全，模拟结果验证了方法有效性，硬件验证待开展。
AI 中文摘要
安全可控的导管控制本质上是一个相互作用动力学问题：导管尖端必须遵循计划运动，在接触移动组织时保持柔顺，克服摩擦和滞后，并遵守具有临床意义的接触力上限。我们在单段单腱导管的标量尖端法线坐标中建立导管-组织相互作用动力学模型。部分物理前馈仅消除可靠的标称弯曲动力学，暴露出一个配置不变的线性相互作用动力学模型，其输入增益通过标量导管惯性而变化。然后，预测优化器根据硬接触力、腱力和曲率约束来调节这种相互作用状态。增强卡尔曼滤波器将接触、摩擦和建模误差压缩到一个无传感器干扰状态，在自由空间中实现无标称偏移调节，同时将力安全留给显式约束。在无约束和无干扰的极限情况下，经典导管阻抗作为相同相互作用动力学的一种特殊实现而恢复，而不是作为主要设计目标。在一个八连杆腱驱动导管的MuJoCo分布式柔顺模拟中，干扰增强将自由空间接近误差降低了90%，只有受力量约束的预测相互作用动力学控制器才能使跟踪与0.5N的接触力上限相协调：无约束控制器在穿透目标时将接触力驱动到0.60N，而受约束的控制器在相同跟踪情况下保持0.47N。这些结果表明，无偏移运动调节和接触力安全是相互作用动力学的耦合目标，并且显式预测约束解决了在硬组织接触下它们之间的矛盾。该接触力上限在0.5mm、1.2Hz的心脏运动下也成立。硬件验证是未来的工作。
英文摘要
Steerable catheters are the primary tool for cardiac electrophysiology (EP) procedures including radiofrequency ablation, where the tip must be positioned precisely at target tissue while maintaining controlled, stable contact. The central control problem is therefore not merely tip tracking and not merely force regulation; it is the regulation of \emph{catheter--tissue interaction dynamics}. The interaction state must encode how the tip moves relative to tissue, how persistent friction and contact forces bias that motion, and how safety limits reshape what motion is physically allowable. Existing methods regulate these interaction dynamics through different mechanisms. Classical impedance control~\cite{hogan1985} shapes the tip port as a virtual mechanical impedance $Z(s) = M_d s^2 + D_d s + K_d$, providing passive compliance without an explicit contact model. Three complementary design requirements motivate the present formulation: \textbf{(i)}~an explicit force-related constraint, \textbf{(ii)}~compensation for steady error under persistent loading, and \textbf{(iii)}~a prediction model that can incorporate trajectory and actuator information.
