Published January 1, 2023 | Version v1
Publication Open

Expert knowledge-based peak current mode control of electrosurgical generators for improved output power regulation

Creators

  • 1. CECOS University
  • 2. Universitat Autònoma de Barcelona
  • 3. Taif University

Description

Electrosurgical generators (ESG) are widely used in medical procedures to cut and coagulate tissue. Accurate control of the output power is crucial for surgical success, but can be challenging to achieve. In this paper, a novel expert knowledge-based peak current mode controller (EK-PCMC) is proposed to regulate the output power of an ESG. The EK-PCMC leverages expert knowledge to adapt to changes in tissue impedance during surgical procedures. We compared the performance of the EK-PCMC with the classical peak current mode controller (PCMC) and fuzzy PID controller. The results demonstrate that the EK-PCMC significantly outperformed the PCMC, reducing the integral square error (ISE) and integral absolute error (IAE) by a factor of 3.88 and 4.86, respectively. In addition, the EK-PCMC outperformed the fuzzy PID controller in terms of transient response and steady-state performance. Our study highlights the effectiveness of the proposed EK-PCMC in improving the regulation of the output power of an ESG and improving surgical outcomes.

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Translated Description (Arabic)

تستخدم المولدات الجراحية الكهربائية (ESG) على نطاق واسع في الإجراءات الطبية لقطع وتخثر الأنسجة. يعد التحكم الدقيق في طاقة الخرج أمرًا بالغ الأهمية للنجاح الجراحي، ولكن قد يكون من الصعب تحقيقه. في هذه الورقة، تم اقتراح وحدة تحكم جديدة في وضع الذروة الحالي القائم على المعرفة (EK - PCMC) لتنظيم طاقة خرج ESG. يستفيد EK - PCMC من معرفة الخبراء للتكيف مع التغيرات في مقاومة الأنسجة أثناء العمليات الجراحية. قارنا أداء EK - PCMC بوحدة التحكم الكلاسيكية في وضع الذروة الحالي (PCMC) ووحدة التحكم PID الغامضة. أظهرت النتائج أن EK - PCMC تفوقت بشكل كبير على PCMC، مما قلل من الخطأ التربيعي المتكامل (ISE) والخطأ المطلق المتكامل (IAE) بعامل 3.88 و 4.86 على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، تفوقت EK - PCMC على وحدة التحكم PID الغامضة من حيث الاستجابة العابرة وأداء الحالة المستقرة. تسلط دراستنا الضوء على فعالية EK - PCMC المقترحة في تحسين تنظيم طاقة خرج ESG وتحسين النتائج الجراحية.

Translated Description (French)

Les générateurs électrochirurgicaux (ESG) sont largement utilisés dans les procédures médicales pour couper et coaguler les tissus. Un contrôle précis de la puissance de sortie est crucial pour le succès chirurgical, mais peut être difficile à réaliser. Dans cet article, un nouveau contrôleur de mode de courant de crête basé sur les connaissances d'experts (EK-PCMC) est proposé pour réguler la puissance de sortie d'un ESG. L'EK-PCMC tire parti des connaissances d'experts pour s'adapter aux changements d'impédance tissulaire pendant les interventions chirurgicales. Nous avons comparé les performances de l'EK-PCMC avec le contrôleur de mode de courant de crête classique (PCMC) et le contrôleur PID flou. Les résultats démontrent que l'EK-PCMC a significativement surpassé le PCMC, réduisant l'erreur carrée intégrale (ISE) et l'erreur absolue intégrale (IAE) d'un facteur de 3,88 et 4,86, respectivement. De plus, l'EK-PCMC a surpassé le contrôleur PID flou en termes de réponse transitoire et de performance en régime permanent. Notre étude met en évidence l'efficacité de l'EK-PCMC proposée pour améliorer la régulation de la puissance de sortie d'un ESG et améliorer les résultats chirurgicaux.

Translated Description (Spanish)

Los generadores electroquirúrgicos (ESG) se utilizan ampliamente en procedimientos médicos para cortar y coagular tejidos. El control preciso de la potencia de salida es crucial para el éxito quirúrgico, pero puede ser difícil de lograr. En este documento, se propone un nuevo controlador de modo de corriente de pico basado en el conocimiento experto (EK-PCMC) para regular la potencia de salida de un ESG. El EK-PCMC aprovecha el conocimiento experto para adaptarse a los cambios en la impedancia del tejido durante los procedimientos quirúrgicos. Comparamos el rendimiento del EK-PCMC con el controlador de modo de corriente de pico clásico (PCMC) y el controlador PID difuso. Los resultados demuestran que el EK-PCMC superó significativamente al PCMC, reduciendo el error cuadrado integral (ISE) y el error absoluto integral (IAE) en un factor de 3,88 y 4,86, respectivamente. Además, el EK-PCMC superó al controlador PID difuso en términos de respuesta transitoria y rendimiento en estado estable. Nuestro estudio destaca la efectividad del EK-PCMC propuesto para mejorar la regulación de la potencia de salida de un ESG y mejorar los resultados quirúrgicos.

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joeb-2023-0005.pdf

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Additional details

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Translated title (Arabic)
التحكم في وضع تيار الذروة القائم على المعرفة للمولدات الجراحية الكهربائية لتحسين تنظيم طاقة الخرج
Translated title (French)
Contrôle expert du mode de courant de crête basé sur les connaissances des générateurs électrochirurgicaux pour une meilleure régulation de la puissance de sortie
Translated title (Spanish)
Control de modo de corriente de pico basado en el conocimiento experto de generadores electroquirúrgicos para una mejor regulación de la potencia de salida

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4388777865
DOI
10.2478/joeb-2023-0005

Is supplement to
https://openalex.org/W3212795132 (Other)
https://openalex.org/W3098928304 (Other)
https://openalex.org/W3097920840 (Other)
https://openalex.org/W2922503265 (Other)
https://openalex.org/W2394883510 (Other)
https://openalex.org/W2167345368 (Other)
https://openalex.org/W2165013373 (Other)
https://openalex.org/W2150958483 (Other)
https://openalex.org/W2023324176 (Other)
https://openalex.org/W2002388147 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1984182461
  • https://openalex.org/W2007006700
  • https://openalex.org/W2068241143
  • https://openalex.org/W2072665871
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  • https://openalex.org/W2224912909
  • https://openalex.org/W2263737361
  • https://openalex.org/W2342854201
  • https://openalex.org/W2883691009
  • https://openalex.org/W2904572052
  • https://openalex.org/W2957732612
  • https://openalex.org/W2980032965
  • https://openalex.org/W3001916735
  • https://openalex.org/W3095181215
  • https://openalex.org/W3207986186
  • https://openalex.org/W4206310448
  • https://openalex.org/W4247534219
  • https://openalex.org/W4285390333
  • https://openalex.org/W4298220086