Forskere udvikler fuldt pneumatisk neurokirurgisk robot

”I sidste ende ønsker vi, at medicinsk udstyr skal forbedre patientens resultater og ikke under alle omstændigheder gøre tingene værre,” sagde David Comber, en fjerde års ph.d.-studerende ved Vanderbilt University, der arbejdede på enheden.

Ifølge Comber nærmet forskerne denne udfordring ved at designe og bygge bælge-baserede, fleksible aktuatorer, der bruger en steppemekanisme, svarende til hvordan en mekanisk blyant fungerer, for at flytte enheden i små trin. Dette forhindrer systemet i at udvide sig og forårsage skade på patienten i tilfælde af en computer- eller hardwarefejl.

Friktionskræfter inden for disse aktuatorer måtte også håndteres, så systemet ville fungere så glat som muligt. For at reducere disse kræfter byggede designere aktuatorerne med stempler lavet af grafit, ofte brugt som et tørt smøremiddel, og cylindre lavet af glas. Justering blev også overvejet, når man forsøgte at reducere friktionskræfter og forhindre binding i enheden.

”Designet til robotmontering krævede justerbar justering af adskillige parringsdele, f.eks. Kuglelejer på lineære styrestænger; stempelstænger koblet til glideplader og stempelstænger koblet til tidsremme, ”sagde Comber. ”Den løsning, jeg brugte i alle tilfælde, var et løs pashul med møtrikker og skiver. Jeg justerede hver justering efter følelse, indtil friktionen syntes at være på sit minimum. ”

Et af de største problemer, som enheden står overfor, kom fra dens behov for at fungere effektivt i de trange rum og kraftfulde magnetfelter på en MR-maskine. Elektromekaniske enheder kunne ikke bruges i enheden, da de magnetiske felter, de opretter, ville forstyrre MR-billedet. Pneumatiske enheder producerer imidlertid begrænsede magnetfelter og vil ikke forstyrre billedet. For yderligere at reducere påvirkningerne af magnetiske felter på MR-billedet og selve enheden blev roboten bygget ved hjælp af stort set ikke-ferromagnetiske materialer.

Enheden er designet til at være kompakt nok til at passe inde i MR med patienten. Dette blev gjort ved at maksimere det disponible volumen til enheden ved at placere det på sengen på MR-enheden over patientens hoved. Mekanismerne inden i indretningen blev derefter kinematisk koblet for at minimere slaglængden og således længden af stempel-cylinderaktuatoren. Systemets bulkere komponenter, inklusive tryksensorer og ventiler, opbevares i et separat rum for at undgå at forstyrre MR og er forbundet til enheden ved hjælp af lange rørlinjer.

Mens den aktuelle iteration af enheden er procedure- og lokaliseringsspecifik, mener teamet, at teknologien kunne bruges en dag i en række forskellige medicinske applikationer.

”De teknologier, vi udvikler her, kunne tilpasses til andre dele af anatomien,” sagde Comber. ”Men det ville helt sikkert kræve en redesign for nemt at blive integreret med den nye anatomi.”