Onderzoekers ontwikkelen volledig pneumatische neurochirurgische robot

"Uiteindelijk willen we dat medische hulpmiddelen de resultaten van patiënten verbeteren en de zaken in ieder geval niet erger maken", zegt David Comber, een vierdejaars promovendus aan de Vanderbilt University die aan het hulpmiddel werkte.

Volgens Comber gingen onderzoekers deze uitdaging aan door flexibele balggebaseerde, flexibele actuatoren te ontwerpen en bouwen die een stappenmechanisme gebruiken, vergelijkbaar met hoe een mechanisch potlood werkt, om het apparaat in kleine stappen te verplaatsen. Hierdoor wordt voorkomen dat het systeem zich overmatig uitbreidt en de patiënt schade berokkent in geval van een computer- of hardwarefout.

Wrijvingskrachten binnen deze actuatoren moesten ook worden aangepakt, zodat het systeem zo soepel mogelijk zou werken. Om deze krachten te verminderen, hebben ontwerpers de actuatoren gebouwd met zuigers van grafiet, meestal gebruikt als droog smeermiddel, en cilinders van glas. Uitlijning werd ook overwogen bij een poging om wrijvingskrachten te verminderen en binding in het apparaat te voorkomen.

“Het ontwerp voor robotassemblage vereiste een aanpasbare uitlijning van verschillende passende delen zoals taplagers op lineaire geleidestangen; zuigerstangen gekoppeld aan glijdende platen en zuigerstangen gekoppeld aan distributieriemen, "zei Comber. “De oplossing die ik in alle gevallen gebruikte, was een losse opening met moeren en ringen. Ik heb elke uitlijning op gevoel aangepast totdat de wrijving op zijn minimum leek. "

Een van de grootste problemen waarmee het apparaat te maken kreeg, was dat het effectief moest werken in de kleine ruimtes en krachtige magnetische velden van een MRI-machine. Elektromechanische apparaten konden niet in het apparaat worden gebruikt, omdat de magnetische velden die ze creëren het MRI-beeld zouden verstoren. Pneumatische apparaten produceren echter beperkte magnetische velden en interfereren niet met het beeld. Om de invloed van magnetische velden op het MRI-beeld en het apparaat zelf verder te verminderen, werd de robot gebouwd met voornamelijk niet-ferromagnetische materialen.

Het apparaat is compact genoeg om in de MRI met de patiënt te passen. Dit werd gedaan door het beschikbare volume voor het apparaat te maximaliseren door het op het bed van de MRI boven het hoofd van de patiënt te plaatsen. De mechanismen in de inrichting werden vervolgens kinematisch gekoppeld om de slaglengte, en dus de lengte van de zuiger-cilinderactuator, te minimaliseren. De omvangrijkere componenten van het systeem, inclusief druksensoren en kleppen, worden in een aparte ruimte bewaard om interferentie met de MRI te voorkomen en zijn via lange leidingen met het apparaat verbonden.

Hoewel de huidige iteratie van het apparaat procedure- en locatiespecifiek is, gelooft het team dat de technologie op een dag zou kunnen worden gebruikt in een aantal verschillende medische toepassingen.

"De technologieën die we hier ontwikkelen, kunnen worden aangepast aan andere delen van de anatomie," zei Comber. "Maar het zou zeker een herontwerp vereisen om gemakkelijk te integreren met die nieuwe anatomie."