Endovascular guidewire manipulation is essential for minimally-invasive clinical applications (Percutaneous Coronary Intervention (PCI), Mechanical thrombectomy techniques for acute ischemic stroke (AIS), or Transjugular intrahepatic portosystemic shunt (TIPS)). All procedures commonly require 3D vessel geometries from 3D CTA (Computed Tomography Angiography) images. During these procedures, the clinician generally places a guiding catheter in the ostium of the relevant vessel and then manipulates a wire through the catheter and across the blockage. The clinician only uses X-ray fluoroscopy intermittently to visualize and guide the catheter, guidewire, and other devices. However, clinicians still passively control guidewires/catheters by relying on limited indirect observation (i.e., 2D partial view of devices, and intermittent updates due to radiation limit) from X-ray fluoroscopy. Modeling and controlling the guidewire manipulation in coronary vessels remains challenging because of the complicated interaction between guidewire motions with different physical properties (i.e., loads, coating) and vessel geometries with lumen conditions resulting in a highly non-linear system. This paper introduces a scalable learning pipeline to train AI-based agent models toward automated endovascular predictive device controls. First, we create a scalable environment by pre-processing 3D CTA images, providing patient-specific 3D vessel geometry and the centerline of the coronary. Next, we apply a large quantity of randomly generated motion sequences from the proximal end to generate wire states associated with each environment using a physics-based device simulator. Then, we reformulate the control problem to a sequence-to-sequence learning problem, in which we use a Transformer-based model, trained to handle non-linear sequential forward/inverse transition functions.


翻译:内窥镜导丝操作对于最小侵入性临床应用至关重要(如经皮冠状动脉介入术(PCI)、机械性缺血性卒中(AIS)的血栓切除技术或肝内胆管静脉连接(TIPS))。所有的操作通常需要来自于三维计算机断层扫描(CTA)图像的三维血管几何形态。在这些操作期间,临床医师通常会在相关血管卵窦中放置引导导管,然后操作一根导丝通过导管并穿过病变。临床医生只在间歇性使用X射线荧光镜观察和指导导管、导丝和其他设备。然而,临床医师仍然通过依赖有限的间接观察(即,来自于X射线荧光镜的二维局部设备部分视图和间歇性更新,由于放射剂量限制)来

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