Reinforcement learning for navigation in percutaneous coronary arteries interventions
Notice bibliographique
Résumé
Percutaneous coronary intervention (PCI) is a widely used minimally invasive procedure to treat coronary artery disease. Despite its benefits, PCI relies heavily on the dexterity of the operator and can be highly challenging during navigation. Advances in robot-assisted PCI have shown promise in reducing these risks and enhancing procedural precision. This study presents the development and in silico evaluation of a simulation environment equipped with reinforcement learning (RL) to enable autonomous catheter navigation for PCI, with potential applications in training operators and assisting in real-time procedure guidance. Developed using Unity 3D and Unity ML-Agents, our model utilizes a simulation environment to train RL agents for catheter guidance. The navigation within the coronary arteries was modeled using Unity’s game engine, which allows for realistic catheter movements and collision detection with vessel walls using mesh colliders. The automatic catheterization employs a goal-based binary function, reinforced by a checkpoint reward system that directs the agent's movements toward successful navigation. To evaluate the model, extensive simulation trials were conducted with different movement boundaries to track learning progress and refine training strategies. The results from these in silico trials suggest significant improvements in procedural safety and efficiency, indicated by a reduction in navigation error from an initial average of 0.05 (±0.01) mm to less than 0.01 (±0.002) mm. Cumulative rewards steadily increased, showing a final average of 0.5 (±0.1) mm in reward values. These metrics demonstrate the model’s ability to adapt and optimize its performance for a range of catheter navigation scenarios. However, the evaluation is limited to a virtual environment, and further work is necessary to assess how these findings translate to real-world clinical applications. In particular, integrating this RL-based approach with live PCI procedures will require addressing patient-specific variability, real-time physiological changes, and ensuring safe interaction between the AI agent and human operators during procedures. This study represents an important step toward incorporating AI into cardiac healthcare, but practical implementation in clinical settings will require further investigation, including experimental or clinical validation. Future research should focus on testing the method alongside human operators in controlled clinical environments to evaluate its effectiveness as a real-time guidance tool during PCI.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».