S4D-Bio Audio Monitoring of Bone Cement Disintegration in Pulsating Fluid Jet Surgery under Laboratory Conditions

要約

この研究では、骨液ジェットが骨液ジェットを正確に正確で、侵襲的で冷たい技術として調査し、骨セメント除去のための技術を調査しています。
脈動する液体ジェットデバイスを利用して、臨床状態を模倣するように設計されたサンプルから骨セメントを除去します。
長いノズルの有効性は、最小限の侵襲的手順を可能にするためにテストされました。
State Space Model（SSM）S4D-Bioによって補完されたオーディオ信号監視は、流体ジェットパラメーターを動的に最適化するために採用され、スプラッシングによる視界閉塞などの課題に対処しました。
実験の中で、さまざまなプロセスパラメーターとその同等のオーディオ信号を材料侵食と相関させる包括的なデータセットを生成します。
SSMを使用すると、予測侵食プロセスを正確に制御し、98.93 \％の精度を達成します。
この研究は、一方で、高度なオーディオ監視技術と組み合わせた脈動する流体ジェットデバイスが、正確な骨セメント除去のための非常に効果的なツールであることを実証しています。
一方、この研究は、生物医学的手術技術におけるSSMの最初の応用を提示し、アプリケーションの大きな進歩を示しています。
この研究では、手術技術として脈動する液体ジェットと組み合わせた機械学習を統合することにより、生物医学工学を大幅に向上させ、整形外科用途での骨セメント除去のための新規、低侵襲、コールド、適応アプローチを提供します。

要約(オリジナル)

This study investigates a pulsating fluid jet as a novel precise, minimally invasive and cold technique for bone cement removal. We utilize the pulsating fluid jet device to remove bone cement from samples designed to mimic clinical conditions. The effectiveness of long nozzles was tested to enable minimally invasive procedures. Audio signal monitoring, complemented by the State Space Model (SSM) S4D-Bio, was employed to optimize the fluid jet parameters dynamically, addressing challenges like visibility obstruction from splashing. Within our experiments, we generate a comprehensive dataset correlating various process parameters and their equivalent audio signals to material erosion. The use of SSMs yields precise control over the predictive erosion process, achieving 98.93 \% accuracy. The study demonstrates on the one hand, that the pulsating fluid jet device, coupled with advanced audio monitoring techniques, is a highly effective tool for precise bone cement removal. On the other hand, this study presents the first application of SSMs in biomedical surgery technology, marking a significant advancement in the application. This research significantly advances biomedical engineering by integrating machine learning combined with pulsating fluid jet as surgical technology, offering a novel, minimally invasive, cold and adaptive approach for bone cement removal in orthopedic applications.

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