Der Aufbau einer Open-Source Robotic stereotaktischen Instrument

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Zugänglichkeit und Flexibilität der robotischen Nagetier-Neurochirurgie zu erweitern, indem den Forschern Pläne für den Bau eines flexiblen, kostengünstigen und quelloffenen stereotaktischen Instruments sowie die für die Planung und gemeinsame Nutzung von Operationen erforderliche Software zur Verfügung gestellt werden. Dies wird erreicht, indem zunächst ein computergesteuertes stereotaktisches Instrument bearbeitet und montiert wird. Der zweite Schritt besteht darin, das Skalierungsverhältnis der Stereo-Attacken zu bestimmen.

Durch die Messung der stereotaktischen zurückgelegten Strecke pro motorischer Strecke wird automatisch ein Werkzeugweg aus den Schädelkoordinaten generiert und in den G-Code exportiert. Der letzte Schritt besteht darin, die Operationen mit Schädeln der Tierart zu testen. Es ist für die Operation konzipiert und sollte entsprechend den Ergebnissen des Tests modifiziert werden.

Letztendlich kann das stereotaktische Instrument verwendet werden, um Neurochirurgie an lebenden Nagetieren schnell durchzuführen und gemeinsam zu nutzen. Zu den aktuellen Anwendungen gehören unter anderem Kraniotomien, dünne Schädel, Fenster und Elektroden oder Kanülen. Tieferlegung Roboterchirurgische Instrumente können die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Neurochirurgie von Nagetieren erhöhen.

Kommerzielle Modelle können jedoch unerschwinglich teuer sein. Das folgende Protokoll enthält Pläne zum Upgrade eines vorhandenen Stereo-Attacks auf einen motorisierten Stereo-Attack. Der G-Code, der zur Steuerung der Motoren verwendet wird, ist Open Source und kann modifiziert werden, um den spezifischen Anforderungen der Chirurgen gerecht zu werden.

Die enthaltenen MATLAB-Skripte helfen Early Adopters, Operationen mithilfe einfacher Point-and-Click-Menüs automatisch zu generieren. Während derzeit nur wenige generierte Operationen unterstützt werden, kann der Roboter die überwiegende Mehrheit der neurochirurgischen Techniken durchführen, die in Tiermodellen verwendet werden. Roboteroperationen haben viele Vorteile, wie z. B. die Eliminierung von Variablen zu bestimmten Zeiten.

In den letzten 30 Jahren hat mein Labor unter Phasen niedriger Überlebensraten bei unseren Überlebensoperationen gelitten. Dies sind frustrierende Perioden, da die Anzahl der Variablen nacheinander eliminiert werden muss. Die robotergestützte Chirurgie würde einige dieser Variablen eliminieren und unseren Prozess der Fehlerbehebung vereinfachen.

Im Allgemeinen fördert es konsistentere Operationen, schnellere Genesungszeiten und weniger Todesfälle von Tieren. Beginnen Sie diesen Vorgang, indem Sie die bipolaren Schrittmotoren mit den Anschlüssen verdrahten, die mit der Treiberplatine geliefert werden. Verbinden Sie das grüne Kabel mit a plus, das schwarze Kabel mit A minus, das rote Kabel mit B plus und das blaue Kabel mit B minus.

Nächste Folie. Die Kupplungen über den Schrittmotoren sind darauf zu achten, dass die Befestigungslöcher ausgerichtet sind. Befestigen Sie diese dann mit den 1220 Millimeter M Drei-Innensechskant-Schrauben und sorgen Sie dafür, dass die Kupplungen fest mit den Motoren verbunden sind.

Beachten Sie, dass die 3D-Modelle für die Kupplungen und den Bund keine Gewinde enthalten. Die Löcher, die mit einer Gewindegröße beschriftet sind, müssen nach der Herstellung mit einem Gewinde versehen werden. Entfernen Sie danach die Stellschrauben von den Daumengriffen an allen drei Achsen des stereotaktischen Instruments mit einem kleinen Inbusschlüssel.

Die Daumengriffe sind mit einem Gewinde versehen, drehen Sie sie also zum Entfernen gegen den Uhrzeigersinn, während Sie die PTFE-Unterlegscheiben am Arm an Ort und Stelle halten. Schrauben Sie dann das Gewindeende der Manschetten auf die Gewindestangen der stereotaktischen Instrumentenarme und stellen Sie sicher, dass kein Spalt zwischen den Farben und den P-T-F-E-O-Ringen entsteht. So ist gewährleistet, dass die Koordinaten beibehalten werden, wenn der Roboter die Richtung ändert.

Befestigen Sie anschließend die Manschetten mit drei Einviertelzoll-Stellschrauben nf 10 32 an den Gewinden der stereotaktischen Arme. Schieben Sie jeden Motor und jede Kupplung über die Manschetten und stereotaktischen Arme. Stellen Sie sicher, dass die Motoren bündig mit den Armen abschließen und die Löcher der Stellschrauben an den Manschetten mit dem flachen Teil der Motorwellen ausgerichtet sind.

Befestigen Sie dann die Kupplungen mit den Befestigungslöchern und sechs halben Zoll NF 10 32 Gewindestiften an den Stereotypen. Befestigen Sie anschließend die Manschetten mit drei Viertelzoll NF 10 32 Stellschrauben an den Motorwellen. Bereiten Sie nun die CNC-Treiberplatine vor, indem Sie jeden der drei Stufenregler auf halbe Schritte einstellen, wodurch die Schrittauflösung für jeden der drei Stufenregler verdoppelt werden kann. Drehen Sie Pin eins in die Ein-Position, Pin zwei in die Aus-Position, Pin drei in die Ein-Position, Pin vier in die Aus-Position, Pin fünf in die Ein-Position und Pin sechs in die Aus-Position.

Schließen Sie die x-, y- und z-Motoren zusammen mit dem 12-Volt-Netzteil an den Schrittmotortreiber an. Schließen Sie dann den Schrittmotortreiber mit einem DB 25-Kabel an die serielle Schnittstelle eines Computers an. Öffnen Sie nun die CNC-Frässoftware, um mit der Konfiguration für die Kommunikation der Schrittmotoren zu beginnen.

Bitte beachten Sie, dass die folgenden Anweisungen nur für die Verwendung mit einem Schrittmotortreiber TB 6 5 6 0 vorgesehen sind. Klicken Sie auf config (Konfiguration) und dann auf Ports und und Ausgangssignale. Füllen Sie die Eingabeaufforderung aus und klicken Sie auf Übernehmen.

Klicken Sie dann auf Ports und Pins konfigurieren und Signale eingeben. Füllen Sie die Eingabeaufforderung aus und klicken Sie auf Übernehmen. Klicken Sie anschließend auf config.

Dann Ports und Pins und Motorausgänge. Füllen Sie die Eingabeaufforderung aus und klicken Sie auf Übernehmen. Klicken Sie danach auf Konfiguration und Motortuning.

Füllen Sie die Eingabeaufforderung aus, klicken Sie auf Achseneinstellungen speichern und wiederholen Sie diese Schritte für alle drei AEs mit denselben Werten. Kalibrieren Sie als Nächstes die Stereotypen auf den Maßstab der CNC-Software, indem Sie die Geschwindigkeit des Motors auf einen Zoll pro Minute einstellen und die Z-Achse des stereotaktischen Instruments mit dem Bild-auf-Bild nach unten auf den nächsten Millimeter bewegen, die Z-Achse auf Null setzen und das stereotaktische Instrument um einen Millimeter bewegen. Die auf der Z-Achse in Mach drei zurückgelegte Strecke ist die Skalierungskonstante.

Nachdem Sie alle drei Achsen stichprobenartig getestet haben, indem Sie sie so programmiert haben, dass sie einige bekannte Entfernungen zurücklegen, um sicherzustellen, dass die Bewegungen genau sind, befestigen Sie den Mikromotorbohrer mit dem extra großen Sondenhalter an dem stereotaktischen Instrument. Legen Sie zunächst alle benutzerdefinierten Skripte aus der Softwaretabelle in einem einzigen Ordner auf einem PC ab. Öffnen Sie dann das Skript Sharp Edge Kraniotomie M, und führen Sie den Code aus.

Wählen Sie beide an der Eingabeaufforderung aus. Welche Art von Operation werden Sie durchführen? Wählen Sie anschließend Benutzerdefiniert, um die Ecken des Schädelfensters zu definieren, und definieren Sie die X- und Y-Positionen der Kraniotomieecken.

Jede Koordinate muss in der richtigen Reihenfolge eingegeben werden Nachdem Sie das Formular ausgefüllt haben, klicken Sie auf OK. Geben Sie als Nächstes drei in die Eingabeaufforderung ein, um drei Schädellöcher zu erzeugen. Wählen Sie dann Mit Koordinaten definieren und geben Sie die Koordinaten der einzelnen Bohrungen aus der Vorlage ein.

Definieren Sie danach die Bohrparameter für die erste Testoperation. Übernehmen Sie die Standardwerte. Benennen Sie den G-Code.

Es wird automatisch generiert und im Arbeitsverzeichnis gespeichert. Laden Sie den G-Code in die CNC-Frässoftware und einen Testschädel in die stereotaktischen Instrumente. Ohrstangen Bewegen Sie den Bohrer Torema manuell mit den Pfeiltasten der Tastatur und verwenden Sie eine langsame Jog-Geschwindigkeit, um die Genauigkeit zu gewährleisten.

Starten Sie nun die Mikromotor-Bohrmaschine und stellen Sie den Drehzahlregler an der Bohrsteuerung auf 50.000 U/min. Drücken Sie auf Zyklusstart. Die Stereo-Attacken führen zwischen den einzelnen Durchgängen viele Durchgänge desselben Schnitts in unterschiedlichen Tiefen aus.

Die Stereo-Attacken werden pausiert, damit der Chirurg fortfahren oder abbrechen kann. Schneiden. Drücken Sie auf Zyklus fortsetzen, um mit den Schnittgängen fortzufahren. Hier ist ein Schädel, der das Endergebnis der zuvor geplanten Operation zeigt, und dieser Schädel zeigt eine Schädelschraube, die in ein Loch eingesetzt wurde.

Die Größe der produzierten Bohrer bestimmt das Loch, den Durchmesser und damit die Schraubengröße. Diese Abbildung zeigt den Schädel mit einem dünnen Schädelfenster, das durch die Pfeile angedeutet wird. Beachten Sie, dass in der rechten Tafel das Licht durch das dünne Schädelfenster zu dringen scheint.

Einheitlich Robotergestützte chirurgische Geräte können dazu beitragen, einige der häufigsten Probleme in den heutigen Neurowissenschaften zu lösen. Erstens sind die Werkzeugwege zu 100 % reproduzierbar. Zweitens kann es Experimente oder Fehler reduzieren.

Drittens können motorisierte chirurgische Geräte die Anzahl der Tiere reduzieren, die für die Durchführung eines Experiments benötigt werden, und schließlich sind sie präziser und genauer als die menschliche Hand. Wir haben eine maßgeschneiderte Software integriert, die es Forschern ermöglicht, einfache Operationen automatisch zu erstellen. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die motorisierten Stereo-Attacken durch diese Software nicht eingeschränkt werden.

Forscher können komplexe Werkzeugpfade so codieren, dass sie am besten zu ihren einzigartigen Neurooperationen passen. Dennoch hängt die Genauigkeit des Roboters von der Qualität der Bearbeitung, der richtigen Einrichtung und dem richtigen Verständnis der Funktionsweise einer CNC-Maschine ab. Solange die Forscher bereit sind, sich die Zeit zu nehmen, die Funktionsweise dieses motorisierten stereotaktischen Instruments zu verstehen, können sie Operationen mit besserer Reproduzierbarkeit und weniger Training genauer durchführen.

Insgesamt bietet die automatisierte Chirurgie viele Vorteile. Es gibt motorisierte Stereotaktik. Sie sind im Handel erhältlich, aber sie sind extrem teuer.

Das System, das Kevin und David hier zusammengestellt haben, ist von der gleichen hohen Qualität, aber zu sehr niedrigen Kosten, und sie machen die Software und das System für die gesamte Forschungsgemeinschaft frei verfügbar.