Construire un open-source robotique stéréotaxique Instrument

L’objectif global de cette procédure est d’accroître l’accessibilité et la flexibilité de la neurochirurgie robotique des rongeurs en fournissant aux chercheurs des plans pour construire un instrument stéréotaxique robotique flexible, peu coûteux et open source, ainsi que le logiciel nécessaire pour concevoir et partager des chirurgies. Ceci est accompli en usinant et en assemblant d’abord un instrument stéréotaxique à commande numérique par ordinateur. La deuxième étape consiste à déterminer le rapport de mise à l’échelle des attaques stéréo

En mesurant la distance stéréotaxique parcourue par distance du moteur, une trajectoire d’outil sera automatiquement générée à partir des coordonnées du crâne et sera exportée en code G. La dernière étape consiste à tester les chirurgies à l’aide de crânes de l’espèce animale. Il est conçu pour la chirurgie doit être modifié en fonction des résultats du test.

En fin de compte, l’instrument stéréotaxique peut être utilisé pour effectuer et partager rapidement la neurochirurgie des rongeurs en direct. Les applications actuelles comprennent, sans s’y limiter, les craniotomies, le crâne mince, les fenêtres et les électrodes ou les canules. Les instruments chirurgicaux robotiques peuvent augmenter la précision et la reproductibilité de la neurochirurgie des rongeurs.

Cependant, les modèles commerciaux peuvent être d’un coût prohibitif. Le protocole suivant fournit des plans pour mettre à niveau une attaque stéréo existante vers une attaque stéréo motorisée. Le code G utilisé pour contrôler les moteurs est open source et peut être modifié pour répondre aux besoins très spécifiques des chirurgiens.

Les scripts MATLAB inclus aideront les premiers utilisateurs à générer automatiquement des interventions chirurgicales à l’aide de simples menus pointer-cliquer. Bien que seules quelques chirurgies générées soient actuellement prises en charge, le robot peut effectuer la grande majorité des techniques de neurochirurgie utilisées dans des modèles animaux. Les chirurgies robotiques présentent de nombreux avantages tels que l’élimination de variables à certains moments.

Au cours des 30 dernières années, mon laboratoire a connu des périodes de faibles taux de survie dans nos chirurgies de survie. Ce sont des périodes frustrantes en raison du nombre de variables qui doivent être éliminées une à la fois. La chirurgie robotique éliminerait certaines de ces variables et simplifierait notre processus de dépannage.

En général, il favorise des chirurgies plus régulières, des temps de récupération plus rapides et moins de décès d’animaux. Commencez cette procédure en câblant les moteurs pas à pas bipolaires aux connecteurs fournis avec la carte pilote. Connectez le fil vert à a plus, le fil noir à A moins, le fil rouge à B plus et le fil bleu à B moins.

Diapositive suivante. Les coupleurs sur les moteurs pas à pas en prenant soin d’aligner les trous de montage. Fixez-les ensuite à l’aide des vis à trois têtes creuses M de 1220 millimètres et assurez-vous que les coupleurs sont solidement fixés aux moteurs.

Notez que les modèles 3D pour les coupleurs et le collier n’incluent pas de filetage. Les trous étiquetés avec une taille de filetage doivent être taraudés après leur fabrication. Après cela, retirez les vis de réglage des poignées sur les trois axes de l’instrument stéréotaxique à l’aide d’une petite clé hexagonale.

Les poignées de pouce sont filetées, alors tournez-les dans le sens inverse des aiguilles d’une montre pour les retirer tout en maintenant les rondelles en PTFE en place sur le bras. Vissez ensuite l’extrémité filetée des colliers sur les tiges filetées des bras des instruments stéréotaxiques pour vous assurer qu’il n’y a pas d’espace entre les couleurs et les anneaux P-T-F-E-O. Cela garantit que les coordonnées sont maintenues lorsque le robot change de direction.

Par la suite, fixez les colliers sur les filetages des bras stéréotaxiques à l’aide de trois vis de réglage à pointe d’un quart de pouce nf 10 32 coupelles. Faites glisser chaque moteur et coupleur sur les colliers et les bras stéréotaxiques. Assurez-vous que les moteurs affleurent les bras et que les trous de vis de réglage sur les colliers sont alignés avec la partie plate des arbres du moteur.

Fixez ensuite les coupleurs aux stéréotypes à l’aide des trous de montage et de six vis de réglage à point de coupe NF 10 32 d’un demi-pouce. Ensuite, fixez les colliers aux arbres du moteur à l’aide de vis de réglage NF 10 32 de trois quarts de pouce. Préparez maintenant la carte de pilote CNC en réglant chacun des trois contrôleurs pas à demi-pas, ce qui permet de doubler la résolution de pas pour chacun des contrôleurs à trois pas. Retournez la goupille un en position marche, la goupille deux en position arrêt, la goupille trois en position marche, la goupille quatre en position arrêt, la goupille cinq en position marche et la goupille six en position arrêt.

Branchez les moteurs x, y et z dans le pilote du moteur pas à pas avec l’alimentation 12 volts. Connectez ensuite le pilote pas à pas à un port série d’ordinateur à l’aide d’un câble DB 25. Ouvrez maintenant le logiciel de fraisage CNC pour commencer la configuration de la communication des moteurs pas à pas.

Veuillez noter que les instructions suivantes sont destinées à être utilisées uniquement avec un pilote de moteur pas à pas TB 6 5 6 0. Cliquez sur config, puis sur ports et sur les signaux de sortie. Remplissez l’invite et appuyez sur Appliquer.

Cliquez ensuite sur les ports de configuration et les broches et les signaux d’entrée. Remplissez l’invite et appuyez sur Appliquer. Ensuite, cliquez sur config.

Puis les ports, les broches et les sorties moteur. Remplissez l’invite et appuyez sur Appliquer. Après cela, cliquez sur config et réglage du moteur.

Remplissez l’invite et cliquez sur enregistrer les paramètres de l’axe et répétez ces étapes pour les trois AE en utilisant les mêmes valeurs. Ensuite, calibrez les stéréotypes à l’échelle du logiciel CNC en réglant la vitesse du moteur sur un pouce par minute et déplacez l’axe Z des instruments stéréotaxiques avec la page montante au millimètre près, mettez à zéro l’axe Z et déplacez l’instrument stéréotaxique d’un millimètre. La distance parcourue sur l’axe Z en Mach trois est la constante d’échelle.

Après avoir effectué des tests aléatoires des trois axes en les programmant pour parcourir des distances connues afin de s’assurer que les mouvements sont précis, fixez la perceuse à micromoteur à l’instrument stéréotaxique à l’aide du porte-sonde extra large. Tout d’abord, placez tous les scripts personnalisés de la table des logiciels dans un seul dossier sur un PC. Ouvrez ensuite le script craniotomie à arêtes vives M et exécutez le code.

Sélectionnez les deux à l’invite. Quel type d’opération allez-vous pratiquer ? Par la suite, sélectionnez personnalisé pour définir les coins de la fenêtre du crâne, définir les positions x et Y des coins de la craniotomie.

Chaque coordonnée doit être saisie dans le bon ordre Après avoir rempli le formulaire, appuyez sur OK. Ensuite, entrez trois dans l’invite pour produire trois trous de crâne. Sélectionnez ensuite définir à l’aide des coordonnées et entrez les coordonnées de chaque trou à partir du modèle.

Ensuite, définissez les paramètres de forage pour la première chirurgie d’essai. Acceptez les valeurs par défaut. Nommez le code G.

Il sera automatiquement généré et enregistré dans le répertoire de travail. Chargez le code G dans le logiciel de fraisage CNC et un crâne de test dans les instruments stéréotaxiques. Les barres d’oreille jugent manuellement le foret torema à l’aide des touches fléchées du clavier, utilisez une vitesse de jogging lente pour assurer la précision.

Démarrez maintenant la perceuse à micromoteur et réglez le cadran de vitesse sur le contrôleur de perceuse à 50 000 tr/min. Appuyez sur le bouton de démarrage du cycle. Les attaques stéréo effectueront de nombreuses passes de la même coupe à différentes profondeurs entre chaque passe.

Les attaques stéréo s’arrêteront afin que le chirurgien puisse continuer ou interrompre. Découpage. Appuyez sur continuer le cycle pour continuer les passes de coupe. Voici un crâne montrant le résultat final de l’exécution de la chirurgie précédemment conçue, et ce crâne montre une vis crânienne insérée dans un trou.

Une fois produite, la taille des forets déterminera le trou, le diamètre et, par conséquent, la taille de la vis. Cette figure montre le crâne contenant une fine fenêtre de crâne indiquée par les flèches. Notez que dans le panneau de droite, la lumière semble pénétrer la fine fenêtre du crâne.

Les dispositifs chirurgicaux robotiques peuvent aider à résoudre certains des problèmes les plus courants en neurosciences aujourd’hui. Tout d’abord, les parcours d’outils sont reproductibles à 100 %. Deuxièmement, cela peut réduire l’expérience ou l’erreur.

Troisièmement, les dispositifs chirurgicaux motorisés peuvent réduire le nombre d’animaux nécessaires à la réalisation d’une expérience, et enfin, ils sont plus précis et exacts que la main humaine. Nous avons inclus un logiciel personnalisé qui permet aux chercheurs de générer automatiquement des chirurgies simples. Il est important de se rappeler que les attaques stéréo motorisées ne sont pas limitées par ce logiciel.

Les chercheurs peuvent coder des parcours d’outils complexes pour les adapter au mieux à leurs neurochirurgies uniques. Pourtant, la précision du robot dépend d’un usinage de qualité, d’une bonne configuration et d’une bonne compréhension du fonctionnement d’une machine CNC. Tant que les chercheurs sont prêts à prendre le temps de comprendre le fonctionnement de cet instrument stéréotaxique motorisé, ils peuvent effectuer des chirurgies avec une meilleure reproductibilité et moins de formation.

Dans l’ensemble, la chirurgie automatisée offre de nombreux avantages. Les stéréotaxies motorisées existent. Ils sont disponibles dans le commerce, mais ils sont extrêmement chers.

Le système que Kevin et David ont mis au point ici est de la même qualité, mais à un coût très bas, et ils mettent le logiciel et le système gratuitement à la disposition de toute la communauté des chercheurs.