La construcción de un código abierto robótica estereotáxica Instrumento

El objetivo general de este procedimiento es ampliar la accesibilidad y la flexibilidad de la neurocirugía robótica de roedores al proporcionar a los investigadores planes para construir un instrumento estereotáxico robótico flexible, económico y de código abierto, así como el software necesario para diseñar y compartir cirugías. Esto se logra primero mecanizando y ensamblando un instrumento estereotáxico controlado numéricamente por computadora. El segundo paso es determinar la relación de escala de los ataques estéreo.

Al medir la distancia estereotáxica recorrida por distancia motora, se generará automáticamente una trayectoria a partir de las coordenadas del cráneo y se exportará al código G. El paso final es probar las cirugías utilizando cráneos de la especie animal. Está diseñado para la cirugía, en caso de ser modificado de acuerdo a los resultados de la prueba.

En última instancia, el instrumento estereotáxico se puede utilizar para realizar y compartir rápidamente la neurocirugía de roedores vivos. Las aplicaciones actuales incluyen, entre otras, craneotomías, cráneo delgado, ventanas y electrodos o cánulas. Los instrumentos quirúrgicos robóticos pueden aumentar la precisión y la replicabilidad de la neurocirugía con roedores.

Sin embargo, los modelos comerciales pueden ser prohibitivamente caros. El siguiente protocolo proporciona planes para actualizar un ataque estéreo existente a un ataque estéreo motorizado. El código G utilizado para controlar los motores es de código abierto y puede ser modificado para satisfacer las necesidades muy específicas de los cirujanos.

Los scripts de MATLAB incluidos ayudarán a los primeros usuarios a generar cirugías automáticamente mediante sencillos menús de apuntar y hacer clic. Si bien actualmente solo se admiten unas pocas cirugías generadas, el robot puede realizar la gran mayoría de las técnicas de neurocirugía utilizadas en modelos animales. Las cirugías robóticas tienen muchas ventajas, como la eliminación de variables en determinados momentos.

En los últimos 30 años, mi laboratorio ha sufrido períodos de bajas tasas de supervivencia en nuestras cirugías de supervivencia. Estos son períodos frustrantes debido a la cantidad de variables que deben eliminarse una a la vez. La cirugía robótica eliminaría algunas de esas variables y simplificaría nuestro proceso de resolución de problemas.

En general, promueve cirugías más consistentes y tiempos de recuperación más rápidos y menos muertes de animales. Comience este procedimiento conectando los motores paso a paso bipolares a los conectores suministrados con la placa del controlador. Conecte el cable verde a a más el cable negro a A menos, el cable rojo a B más y el cable azul a B menos.

Siguiente diapositiva. Los acopladores sobre los motores paso a paso teniendo cuidado de alinear los orificios de montaje. A continuación, asegúrelos con los tres tornillos de cabeza hueca M de 1220 milímetros y asegúrese de que los acopladores estén firmemente fijados a los motores.

Tenga en cuenta que los modelos 3D para los acopladores y el collar no incluyen roscas. Los orificios que están etiquetados con un tamaño de rosca deben roscarse después de fabricarlos. Después de eso, retire los tornillos de fijación de las empuñaduras del pulgar en los tres ejes del instrumento estereotáxico con una pequeña llave hexagonal.

Las empuñaduras para los pulgares están roscadas, así que gírelas en sentido contrario a las agujas del reloj para quitarlas mientras mantiene las arandelas de PTFE en su lugar en el brazo. A continuación, atornille el extremo roscado de los collares a las varillas roscadas de los brazos de los instrumentos estereotáxicos, asegúrese de que no haya espacio entre los colores y los anillos P-T-F-E-O. Esto garantiza que las coordenadas se mantengan cuando el robot cambie de dirección.

A continuación, fije los collares en las roscas de los brazos estereotáxicos con tres tornillos de fijación de un cuarto de pulgada nf 10 32 de punta de copa. Deslice cada motor y acoplador sobre los collares y los brazos estereotáxicos. Asegúrese de que los motores queden al ras de los brazos y que los orificios de los tornillos de fijación de los collares se alineen con la parte plana de los ejes del motor.

A continuación, fije los acopladores a los estereotipos utilizando los orificios de montaje y seis tornillos de fijación de punto de corte NF 10 32 de media pulgada A continuación, fije los collares a los ejes del motor con tornillos de fijación NF 10 32 de tres cuartos de pulgada. Ahora prepare la placa del controlador CNC configurando cada uno de los tres controladores de paso a medio paso, lo que permite duplicar la resolución de paso para cada uno de los tres controladores de paso. Voltea el pin uno a la posición de encendido, el pin dos a la posición de apagado, el pin tres a la posición de encendido, el pin cuatro a la posición de apagado, el pin cinco a la posición de encendido y el pin seis a la posición de apagado.

Conecte los motores x, y y Z al controlador del motor paso a paso junto con la fuente de alimentación de 12 voltios. A continuación, conecte el controlador paso a paso a un puerto serie del ordenador mediante un cable DB 25. Ahora abra el software de fresado CNC para comenzar la configuración de la comunicación de los motores paso a paso.

Tenga en cuenta que las siguientes instrucciones están diseñadas para usarse solo con un controlador de motor paso a paso TB 6 5 6 0. Haga clic en config y, a continuación, en ports y señales de salida. Rellene el mensaje y pulse aplicar.

A continuación, haga clic en puertos de configuración y pines y señales de entrada. Rellene el mensaje y pulse aplicar. A continuación, haga clic en config.

A continuación, los puertos, los pines y las salidas del motor. Rellene el mensaje y pulse aplicar. Después de eso, haga clic en configuración y ajuste del motor.

Rellene la solicitud y haga clic en guardar configuración de eje y repita estos pasos para los tres AE con los mismos valores. A continuación, calibre los estereotipos a la escala del software CNC ajustando la velocidad del motor a una pulgada por minuto y mueva el eje Z de los instrumentos estereotáxicos con la página hacia arriba y la página hacia abajo al milímetro más cercano, ponga a cero el eje Z y mueva el instrumento estereotáxico un milímetro. La distancia recorrida en el eje Z en Mach tres es la constante de escala.

Después de realizar pruebas aleatorias de los tres ejes programándolos para que viajen algunas distancias conocidas para garantizar que los movimientos sean precisos, conecte el taladro de micromotor al instrumento estereotáxico utilizando el soporte de sonda extra grande. Primero coloque todos los scripts personalizados de la tabla de software en una sola carpeta en una PC. A continuación, abra el script de craneotomía de borde afilado M y ejecute el código.

Seleccione ambos cuando se le solicite. ¿Qué tipo de cirugía se va a realizar? Posteriormente, seleccione personalizado para definir las esquinas de la ventana del cráneo, defina las posiciones x e Y de las esquinas de la craneotomía.

Cada coordenada debe ingresarse en el orden correcto Después de completar el formulario, presione aceptar. A continuación, introduzca tres en la solicitud para producir tres agujeros de cráneo. A continuación, seleccione definir mediante coordenadas e introduzca las coordenadas de cada agujero de la plantilla.

Después de eso, defina los parámetros de perforación para la primera cirugía de prueba. Acepte los valores predeterminados. Asigne un nombre al código G.

Se generará automáticamente y se guardará en el directorio de trabajo. Cargue el código G en el software de fresado CNC y una calavera de prueba en los instrumentos estereotáxicos. Las barras de los oídos golpean manualmente el torema de la broca con las teclas de flecha del teclado, use una velocidad de avance lenta para garantizar la precisión.

Ahora encienda el taladro de micromotor y ajuste el dial de velocidad en el controlador del taladro a 50, 000 RPM. Presione inicio de ciclo. Los ataques estéreo realizarán muchos pases del mismo corte a diferentes profundidades entre cada paso.

Los ataques estéreo se detendrán para que el cirujano pueda continuar o abortar. Cortante. Presione continuar ciclo para continuar con las pasadas de corte. Aquí hay una calavera que muestra el resultado final de realizar la cirugía previamente diseñada, y esta calavera muestra un tornillo de calavera insertado en un agujero.

Producido, el tamaño de las brocas determinará el orificio, el diámetro y, en consecuencia, el tamaño del tornillo. Esta figura muestra el cráneo que contiene una delgada ventana de cráneo indicada por las flechas. Nótese que en el panel derecho, la luz parece penetrar en la delgada ventana del cráneo.

Los dispositivos quirúrgicos robóticos uniformes pueden ayudar a resolver algunos de los problemas más comunes de la neurociencia actual. En primer lugar, las trayectorias de las herramientas son 100% reproducibles. En segundo lugar, puede reducir el experimento o el error.

En tercer lugar, los dispositivos quirúrgicos motorizados pueden reducir el número de animales necesarios para realizar un experimento y, por último, son más precisos y exactos que la mano humana. Hemos incluido un software personalizado que permite a los investigadores generar automáticamente cirugías sencillas. Es importante recordar que los ataques estéreo motorizados no están limitados por este software.

Los investigadores pueden codificar trayectorias de herramientas complejas para que se adapten mejor a sus neurocirugías únicas. Aún así, la precisión del robot depende de un mecanizado de calidad, una configuración adecuada y una comprensión adecuada de cómo funciona una máquina CNC. Siempre que los investigadores estén dispuestos a tomarse el tiempo necesario para comprender el funcionamiento de este instrumento estereotáctico motorizado, pueden realizar cirugías con mayor precisión, con una mejor replicabilidad y menos entrenamiento.

En general, la cirugía automatizada proporciona muchos beneficios. Existen estereotácticas motorizadas. Están disponibles comercialmente, pero son extremadamente caros.

El sistema que Kevin y David han creado aquí es de la misma alta calidad, pero a un costo muy bajo, y están haciendo que el software y el sistema estén disponibles gratuitamente para toda la comunidad investigadora.