מאמר זה מציג את העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו לבדיקה אולטרסאונד במיוחד גשמית. המערכת כוללת חמש דרגות חופש עם מפרקים קלת משקל שבוצעו על-ידי הדפסת תלת-ממד ומצמד מכני לניהול בטיחות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מאמר זה מציג את העיצוב והיישום של תחמן רובוטית העידו לבדיקה אולטרסאונד במיוחד גשמית. המערכת כוללת חמש דרגות חופש עם מפרקים קלת משקל שבוצעו על-ידי הדפסת תלת-ממד ומצמד מכני לניהול בטיחות.
עם פוטנציאל ברמת דיוק גבוהה, מיומנות של הדיר, מערכת רובוטית מסומנים עצמית יכול להיות מועסק על מנת לסייע ברכישת אולטרסאונד בזמן אמת. עם זאת, מספר מוגבל של רובוט שתוכנן במיוחד גשמית סאונד בהצלחה תורגמו שימוש קליני. במחקר זה, אנו שואפים לבנות תחמן רובוטית העידו לבדיקה אולטרסאונד במיוחד גשמית, אשר הוא קל משקל ובעל שטח רצפה קטן. הרובוט נוצר על ידי חמישה קישורים מיוחד בצורת ומנגנונים משותפת בהזמנה אישית עבור בדיקה מניפולציה, כדי לכסות את טווח התנועה עם דרגות חופש עודפים כדי להבטיח בטיחות המטופל הכרחי. בטיחות מכני מודגשת עם מנגנון מצמד, להגביל את הכוח חלה על חולים. בשל העיצוב, המשקל הכולל של manipulator הוא פחות מ-2 ק ג, אורך manipulator הוא כ- 25 ס מ. העיצוב יושמה, וסימולציה, פנטום, מתנדב מחקרים בוצעו, כדי לאמת את טווח התנועה, היכולת לבצע כוונון עדין, אמינות מכנית, ולפעולה בטוח של המצמד. נייר זה פרטי העיצוב והיישום של manipulator העידו אולטרסאונד רובוטית, עם השיטות ועיצוב ההרכבה מאויר. תוצאות הבדיקה להדגים את תכונות עיצוב והניסיון הקליני של שימוש במערכת מוצגים. הוא הוא סיכם כי manipulator רובוטית המוצע הנוכחי עומד בדרישות כמערכת העידו לבדיקה אולטרסאונד במיוחד גשמית, יש פוטנציאל אדיר להיות מתורגם שימוש קליני.
מערכת סאונד אקסטרה גשמית רובוטית (ארה ב) מתייחס לתצורת שבו מערכת רובוטית הוא מנוצל כדי להחזיק ולטפל בדיקה בארה ב בחינות חיצוניות, כולל את השימוש בדימות בטן, לב, כלי דם, להיריון, גנרל1 . השימוש של מערכת רובוטית כזו הוא מוטיבציה מאת האתגרים של ידנית מחזיק מניפולציה בדיקה בארה ב, למשל, אתגר מציאת נוף ארה ב הרגיל הנדרש על-ידי פרוטוקולים דימות רפואי לבין הסיכון של פציעת מאמץ חוזרני2, 3,4, ומנוסה גם לפי הצרכים של לנו הקרנת תוכניות, למשל, הדרישה sonographers להיות באתר5,6. עם ההדגשות על פונקציות שונות, המטרה anatomies, ארה ב מספר מערכות רובוטיות, כפי שנבדקו ב קודמות עבודות1,7,8, הוכנסו מאז שנות ה-90, לשפר היבטים שונים של ארה ב הבדיקה (למשל, teleoperation למרחקים ארוכים9,10,11,12, כמו גם רובוט-אופרטור אינטראקציה ו בקרה אוטומטית)13, 14. בנוסף ארה ב סוכנית לצורכי איבחון, ממוקדת בעוצמה גבוהה רובוטית מערכות אולטרסאונד (HIFU) עבור מטרות הטיפול נחקרו באופן נרחב כפי שסוכם על-ידי. Priester et al. 1, עם כמה אחרונים עבודות15,16 ודיווח על ההתקדמות האחרונה.
למרות מספר מערכות רובוטיות ארה ב פותחו בטכנולוגיות יחסית אמין עבור שליטה ותפעול קליני, רק מעטים מהם בהצלחה תורגמו שימוש קליני, כגון מערכת זמינים מסחרית tele-אולטראסאונד 17. סיבה אפשרית אחת היא הרמה נמוכה של קבלה עבור רובוטים תעשייתי גדול לעבוד בסביבה קלינית, מנקודת המבט של המטופלים והן sonographers. בנוסף, לניהול בטיחות, הרוב המכריע של הרובוטים בארה ב קיימים להסתמך על כוח חיישנים לפקח ולשלוט הלחץ יישומי המכשיר בארה ב, בעוד מנגנוני בטיחות מכני בסיסי יותר להגביל את הכוח פסיבי זמינים בדרך כלל לא . זה עלול לגרום גם חששות כאשר לתרגם שימוש קליני הבטיחות של רובוט המבצע יהיה תלוי אך ורק לוגיקה תוכנה ומערכות חשמל.
ההתפתחויות האחרונות של תלת-ממד הדפסה טכניקות, במיוחד בצורת קישורים פלסטיק עם מנגנון משותף בהזמנה אישית יכול לספק הזדמנות חדשה עבור פיתוח רובוטים רפואיים העידו. תוכנן בקפידה רכיבים קל משקל עם מראה קומפקטי יכולה לשפר קבלה קליניים. במיוחד עבור בדיקה בארה ב, רובוט רפואי העידו מכוון להיות מתורגם שימוש קליני צריך להיות קומפקטי, עם מספיק דרגות חופש (DOFs) ואת טווח התנועה כדי לכסות את האזור של האינטרס של סריקה; לדוגמה, בטן השטח, כולל החלק העליון והחלק צדי בבטן. בנוסף, הרובוט צריך גם לשלב את היכולת לבצע כוונון עדין של המכשיר ארה באזור המקומי, כאשר מנסים לייעל את נוף בארה ב. בדרך כלל כולל הטיית תנועות של המכשיר בתוך טווח מסוים, כפי שהוצע על ידי. Essomba et al. 18 ו- Bassit19. כדי לטפל עוד יותר את חששות בטיחות, צפוי כי המערכת צריך תכונות בטיחות פסיבית מכני אשר אינם תלויים מערכות חשמל ולוגיקה תוכנה.
במאמר זה, נציג השיטה מפורט ועיצוב ההרכבה של 5-DOF מיומנות רובוטית תחמן, אשר משמש מרכיב המפתח של מערכת בארה ב במיוחד גשמית רובוטית. Manipulator מורכב של מספר קישורים ניתנים להדפסה תלת-ממד קלת משקל, מנגנון משותף בהזמנה אישית מצמד הבטיחות המובנות. סידור מסוים DOFs מספק גמישות מלאה עבור התאמות בדיקה, המאפשר תפעול קלה ובטוחה באזור קטן ללא התנגשות עם המטופל. Manipulator מולטי-DOF המוצעת שואפת לעבוד כפי הרכיב הראשי יצר קשר. עם מטופלים וזה ניתן פשוט לחבר מנגנון כללי 3 קונבנציונאלי-DOF מיקום כדי ליצור רובוט ארה ב להשלים עם DOFs פעיל מלא כדי לבצע סריקה בארה ב.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנה של כל קישור, סוף-אפקטור ורכיבים נוספים
2. הרכבה של 1 משותפת
הערה: ההרכבה של פרקים 1 (J1) מבוסס על איור 3.
3. הרכבה של 2 פרקים
הערה: ההרכבה של 2 פרקים (J2) מבוסס על איור 4.
4. הרכבה של 3 פרקים
הערה: ההרכבה של 3 פרקים (J3) מבוסס על איור 5.
5. הרכבה של מנגנון נהיגה של 4 פרקים
הערה: ההרכבה של 4 פרקים (J4) מבוסס על איור 6.
6. הרכבה של מנגנון מונע של פרקים 4 ו- 5 פרקים
הערה: ההרכבה של 4 פרקים (J4) מבוסס על איור 6 , 5 משותפת (J5) מבוסס על איור 7.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בעקבות הפרוטוקול, המערכת שנוצרה הוא תחמן רובוטית עם חמישה מיוחד בצורת קישורים (L0 L4) והמפרקים revolute חמש (J1 J5) עבור העברה, מחזיק באופן מקומי הטיית בדיקה בארה ב (איור 8). המפרק העליון סיבוב (J1), עם הציוד מנגנונים actuated על ידי ארבעה מנועים, באפשרותך לסובב הדברים הבאים מבני 360 מעלות, כדי לאפשר את המכשיר בארה ב להצביע כלפי צדדים שונים של אזור הסריקה, כגון העליון, התחתון, ו צידי הבטן. הטיית המפרק העי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שלא כמו רבים אחרים רובוטים תעשייתיים אשר תורגמו יישומים רפואיים, manipulator רובוטית המוצע תיאר בפרוטוקול תוכננה במיוחד עבור ארה ב בדיקות בהתאם לדרישות קליניים עבור טווח תנועה, יישום של כוח וניהול בטיחות. Manipulator רובוטית קלת משקל עצמה יש מגוון רחב של תנועות מספיק עבור רוב גשמית במיוחד ארה ב סריקה, ללא צורך תנועות גדולות של מנגנון המיקום הגלובלית. כמו המבנה מכני הקרוב ביותר למטופל, הקישורים המוצע הם בצורת גם מיוחד החולה. עם רוב DOFs מוטבע תחמן קומפקטי, ארה ב רובוטי סריקה באמצעות מכשיר זה יכול להיעשות באופן אינטואיטיבי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים אין לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי Wellcome אמון IEH בפרס [102431] על ידי המרכז Wellcome/EPSRC עבור הנדסה רפואית [WT203148/Z 16 Z]. המחברים לאשר תמיכה כספית מ משרד הבריאות באמצעות המכון הלאומי לחקר הבריאות (NIHR) פרס מרכז המחקר הביו-רפואי מקיף של הבחור & תומס הקדוש NHS הקרן לבטוח בשותפות עם המלך של קולג '-לונדון וקינג'ס המכללה החולים NHS קרן האמון.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| קישור מודפס בתלת מימד L0 | 3D שירות הדפסת תלת מימד | 1 | כפי שמוצג באיור 1, עם ה-STL file מסופק |
| קישור מודפס בתלת מימד L1 | 3D שירות הדפסת תלת מימד | 1 | כפי שמוצג באיור 1, עם ה-STL file מסופק |
| קישור מודפס בתלת מימד L2 | 3D שירות הדפסה | 1 | כפי שמוצג באיור 1, עם ה-STL file מסופק |
| קישור מודפס בתלת מימד L3 | 3D שירות הדפסת תלת מימד | 1 | כפי שמוצג באיור 1, עם ה-STL file מסופק |
| קישור מודפס בתלת מימד L4 | 3D שירות הדפסת תלת מימד | 1 | כפי שמוצג באיור 1, עם ה-STL file מסופק |
| שירות הדפסת תלת מימד | אפקטור קצה מודפס בתלת מימד | 1 | כפי שמוצג באיור 1, עם קובץ STL המסופק |
| שירות הדפסת תלת מימד | של 20 שיניים 12 | 0.5 מודול, רוחב פנים של 5 מ"מ, עם מפתח הרכבה, כפי שמוצג באיור 2, כאשר קובץ STL מסופק | |
| שירות הדפסת תלת מימד | של 18 שיניים 2 | 0.5 מודול, רוחב פנים של 5 מ"מ, עם מפתח הרכבה, כפי שמוצג באיור 2, כאשר קובץ STL מסופק | |
| ציוד דורבן 120 שיניים (סוג A) | שירות הדפסת תלת מימד | 1 | מודול 0.5, רוחב פנים 6 מ"מ, עם מפתח הרכבה, בית מיסבים וקדח, כפי שמוצג באיור 2, כאשר קובץ STL מסופק |
| ציוד דורבן 120 שיניים (סוג B) | שירות הדפסת תלת מימד | 2 | מודול 0.5, רוחב פנים 6 מ"מ, עם חורי עצירה, בית מיסבים וקדח, כפי שמוצג באיור 2, כאשר קובץ STL סיפק |
| ציוד דורבן 120 שיניים (סוג C) | שירות הדפסת תלת מימד | 1 | מודול 0.5, רוחב פנים 6 מ"מ, עם מפתח הרכבה, בית מיסבים וקידוח, כפי שמוצג באיור 2, כאשר ה-STL file מסופק |
| שירות הדפסת תלת מימד | של 20 שיניים עם ציוד דורבן ארוך | 1 | 0.5 מודול, רוחב פנים 21.5 מ"מ, עם מפתחות הרכבה, כפי שמוצג באיור 2, כאשר ה-STL file מסופק |
| שירות הדפסת תלת מימד | של 144 שיניים 1 | 0.5 מודול, רוחב פנים של 7 מ"מ, עם מפתחות הרכבה, כפי שמוצג באיור 2, עם קובץ STL המסופק | |
| מיסב (37 מ"מ OD ו-30 מ"מ תעודת זהות) | תחנת מיסבים בע"מ, בריטניה | 5 | גודל המיסב והספק יכולים להיות מגוונים |
| מיסב (12 מ"מ OD ו-6 מ"מ תעודת זהות) | תחנת מיסבים בע"מ, בריטניה | 2 | גודל המיסב והספק יכולים להיות מגוונים |
| מיסב (32 מ"מ OD ו-25 מ"מ תעודת זהות) | תחנת מיסבים בע"מ, בריטניה | 1 | גודל מיסב וספק יכולים להיות מגוונים |
| מיסב (8 מ"מ OD ו-5 מ"מ תעודת זהות) | תחנת מיסבים בע"מ, בריטניה | 2 | גודל המיסב והספק יכולים להיות מגוונים |
| פיר פלסטיק/מתכת (6 מ"מ OD, אורך 70 מ"מ) | TR Fastenings Ltd., UK | 1 | למשל יכול להיות בורג M6 ואום |
| פיר פלסטיק/מתכת (5 מ"מ OD, אורך 70 מ"מ) | TR Fastenings Ltd., UK | 1 | למשל יכול להיות בורג M5 ואום |
| זוגות קפיצי כדור | WDS Ltd., בריטניה | 4 | מספרי זוגות קפיצי כדור יכולים להשתנות כדי להתאים את כוח ההפעלה של המצמד |
| מצמד מכסה | שירות הדפסת תלת מימד | 2 | 104 מ"מ OD, רוחב פנים 5 מ"מ, קדח 6 מ"מ, כפי שמוצג באיור 2, עם קובץ STL המסופק |
| צווארון פיר מודפס | בתלת מימד שירות הדפסת תלת מימד | 1 | 35 מ"מ OD ו-30 מ"מ תעודת זהות, רוחב פנים של 8 מ"מ, כפי שמוצג באיור 2, כאשר קובץ STL מסופק |
| תלת מימד צווארון אפקטור קצה מודפס בתלת מימד | 1 | כפי שמוצג באיור 2, עם קובץ STL מסופק | |
| מנועי צעד עם הילוכים קטנים | AOLONG TECHNOLOGY Ltd., סין | 14 | מספר חלק: GM15BYS; יחס הילוכים פנימי 232:1 או 150:1, הכל מקובל |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.