Forskere utvikler fullstendig pneumatisk nevrokirurgisk robot

"Til syvende og sist ønsker vi medisinsk utstyr for å forbedre pasientresultatene og ikke i det hele tatt gjøre det verre," sa David Comber, en fjerde år PhD-student ved Vanderbilt University som jobbet med enheten.

I følge Comber nærmet forskerne denne utfordringen ved å designe og bygge bølgebaserte, fleksible aktuatorer som bruker en steppermekanisme, som ligner på hvordan en mekanisk blyant fungerer, for å flytte enheten i små trinn. Ved å gjøre dette forhindrer systemet i å utvide seg og forårsake skade på pasienten i tilfelle datamaskin- eller maskinvarefeil.

Friksjonsstyrker i disse aktuatorene måtte også håndteres slik at systemet skulle fungere så smidig som mulig. For å redusere disse kreftene bygde designere aktuatorene med stempler laget av grafitt, ofte brukt som et tørt smøremiddel, og sylindere laget av glass. Innretting ble også vurdert når man prøvde å redusere friksjonskrefter og forhindre binding i enheten.

“Designet for robotmontering krevde justerbar innretting av flere parringsdeler, for eksempel lagerlager på lineære styrestenger; stempelstenger koblet til skyveplater og stempelstenger koblet til tannremmer, ”sa Comber. “Løsningen jeg brukte i alle tilfeller var et løst passform hull med muttere og skiver. Jeg justerte hver justering etter følelse til friksjonen så ut til å være på sitt minimum. ”

Et av de største problemene som enheten står overfor, kom fra behovet for å operere effektivt i trange rom og kraftige magnetfelt på en MR-maskin. Elektromekaniske enheter kunne ikke brukes i enheten, da magnetfeltene de oppretter, ville forstyrre MR-bildet. Pneumatiske enheter produserer imidlertid begrensede magnetfelt og vil ikke forstyrre bildet. For ytterligere å redusere påvirkningen av magnetiske felt på MR-bildet, og selve enheten, ble roboten bygget ved hjelp av stort sett ikke-ferromagnetiske materialer.

Enheten er designet for å være kompakt nok til å passe inni MR-en med pasienten. Dette ble gjort ved å maksimere volumet som var tilgjengelig for enheten ved å plassere det på sengen til MR over pasientens hode. Mekanismene i anordningen ble deretter kinematisk koblet for å minimere slaglengden, og dermed lengden på stempel-sylinder aktuatoren. De bulkere komponentene i systemet, inkludert trykksensorer og ventiler, holdes i et eget rom for å unngå å forstyrre MR-enheten og er koblet til enheten med lange rørledninger.

Mens den nåværende iterasjonen av enheten er prosedyre- og stedsspesifikk, tror teamet at teknologien kan brukes en dag i en rekke forskjellige medisinske applikasjoner.

"Teknologiene vi utvikler her kan tilpasses andre deler av anatomien," sa Comber. "Men det vil absolutt kreve en ny design for å enkelt integreres med den nye anatomi."