Costruire un Open-source Robotic Stereotassica Instrument

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di espandere l'accessibilità e la flessibilità della neurochirurgia robotica dei roditori fornendo ai ricercatori piani per costruire uno strumento stereotassico robotico flessibile, economico e open source, nonché il software necessario per progettare e condividere gli interventi chirurgici. Ciò si ottiene lavorando e assemblando prima uno strumento stereotassico a controllo numerico computerizzato. Il secondo passo consiste nel determinare il rapporto di scala degli attacchi stereo.

Misurando la distanza stereotassica percorsa per distanza del motore, verrà generato automaticamente un percorso utensile dalle coordinate del cranio e verrà esportato in codice G. Il passo finale è quello di testare gli interventi chirurgici utilizzando teschi di specie animali. È progettato per la chirurgia e deve essere modificato in base ai risultati del test.

In definitiva, lo strumento stereotassico può essere utilizzato per eseguire e condividere rapidamente la neurochirurgia dei roditori vivi. Le applicazioni attuali includono, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, craniotomie, cranio sottile, finestre ed elettrodi o cannule. Gli strumenti chirurgici robotici possono aumentare l'accuratezza e la replicabilità della neurochirurgia dei roditori.

Tuttavia, i modelli commerciali possono essere proibitivi. Il protocollo seguente fornisce piani per aggiornare un attacco stereo esistente a un attacco stereo motorizzato. Il codice G utilizzato per controllare i motori è open source e può essere modificato per soddisfare le esigenze altamente specifiche dei chirurghi.

Gli script MATLAB inclusi aiuteranno gli early adopter a generare automaticamente interventi chirurgici utilizzando semplici menu punta e clicca. Sebbene attualmente siano supportati solo pochi interventi chirurgici generati, il robot può eseguire la stragrande maggioranza delle tecniche di neurochirurgia utilizzate nei modelli animali. Gli interventi di chirurgia robotica hanno molti vantaggi, come l'eliminazione delle variabili in determinati momenti.

Negli ultimi 30 anni, il mio laboratorio ha sofferto di periodi di bassi tassi di sopravvivenza nei nostri interventi chirurgici di sopravvivenza. Questi sono periodi frustranti a causa del numero di variabili che devono essere eliminate una alla volta. La chirurgia robotica eliminerebbe alcune di queste variabili e semplificherebbe il nostro processo di risoluzione dei problemi.

In generale, promuove interventi chirurgici più coerenti e tempi di recupero più rapidi e meno morti di animali. Iniziare questa procedura cablando i motori passo-passo bipolari ai connettori forniti con la scheda driver. Collegare il filo verde ad a più il filo nero ad A meno, il filo rosso a B più e il filo blu a B meno.

Prossima diapositiva. Gli accoppiatori sopra i motori passo-passo facendo attenzione ad allineare i fori di montaggio. Quindi fissarli utilizzando le viti a tre brughi M da 1220 millimetri e assicurarsi che gli accoppiatori siano saldamente fissati ai motori.

Si noti che i modelli 3D per gli accoppiatori e il collare non includono filettature. I fori etichettati con una dimensione della filettatura devono essere filettati dopo essere stati prodotti. Successivamente, rimuovere le viti di fermo dalle impugnature su tutti e tre gli assi dello strumento stereotassico utilizzando una piccola chiave esagonale.

Le impugnature per il pollice sono filettate, quindi ruotarle in senso antiorario per rimuoverle mantenendo le rondelle in PTFE in posizione sul braccio. Quindi avvitare l'estremità filettata dei collari sulle barre filettate dei bracci degli strumenti stereotassici per assicurarsi che non vi sia spazio tra i colori e gli anelli P-T-F-E-O. Ciò garantisce che le coordinate vengano mantenute quando il robot cambia direzione.

Successivamente, fissare i collari sulle filettature dei bracci stereotassici utilizzando tre viti di fermo con punta a tazza nf 10 32 da un quarto di pollice. Far scorrere ciascun motore e accoppiatore sui collari e sui bracci stereotassici. Assicurarsi che i motori siano a filo con i bracci e che i fori delle viti di fermo sui collari siano allineati con la parte piatta degli alberi motore.

Quindi fissare gli accoppiatori agli stereotipi utilizzando i fori di montaggio e sei viti di fermo con punto di taglio NF 10 da 32 pollici Successivamente, fissare i collari agli alberi del motore utilizzando viti di fermo NF 10 32 da tre quarti di pollice. Ora prepara la scheda del driver CNC impostando ciascuno dei tre controller di passo a metà passo, il che consente di raddoppiare la risoluzione dei passi per ciascuno dei tre controller di passo. Capovolgere il pin uno in posizione on, il pin due in posizione off, il pin tre in posizione on, il pin quattro in posizione off, il pin cinque in posizione on e il pin sei in posizione off.

Collegare i motori x, y e Z al driver del motore passo-passo insieme all'alimentatore a 12 volt. Quindi collegare il driver passo-passo a una porta seriale del computer utilizzando un cavo DB 25. Ora apri il software di fresatura CNC per iniziare la configurazione per la comunicazione dei motori passo-passo.

Si prega di notare che le seguenti istruzioni sono destinate all'uso solo con un driver per motori passo-passo TB 6 5 6 0. Fare clic su config, quindi su porte e segnali di uscita. Compila il prompt e premi applica.

Quindi fare clic su porte di configurazione e pin e segnali di ingresso. Compila il prompt e premi applica. Quindi, fai clic su config.

Poi le porte, i pin e le uscite del motore. Compila il prompt e premi applica. Successivamente, fai clic su configurazione e messa a punto del motore.

Compila il prompt e fai clic su Salva impostazioni asse e ripeti questi passaggi per tutti e tre gli AE utilizzando gli stessi valori. Successivamente, calibrare gli stereotipi sulla scala del software CNC impostando la velocità del motore a un pollice al minuto e far avanzare l'asse Z degli strumenti stereotassici con pagina su pagina giù fino al millimetro più vicino, azzerare l'asse Z e far avanzare lo strumento stereotassico di un millimetro. La distanza percorsa sull'asse Z in Mach tre è la costante di scala.

Dopo aver eseguito test casuali di tutti e tre gli assi programmandoli per percorrere alcune distanze note per garantire che i movimenti siano accurati, collegare il trapano con micromotore allo strumento stereotassico utilizzando il supporto della sonda extra large. Innanzitutto, posiziona tutti gli script personalizzati dalla tabella del software in un'unica cartella su un PC. Quindi apri lo script craniotomia M ed esegui il codice.

Selezionate entrambi al prompt. Che tipo di intervento chirurgico eseguirai? Successivamente, selezionare Personalizzato per definire gli angoli della finestra del cranio, definire le posizioni x e Y degli angoli della craniotomia.

Ogni coordinata deve essere inserita nell'ordine corretto Dopo aver completato il modulo, premere OK. Quindi, inserisci tre nel prompt per produrre tre fori per il cranio. Quindi selezionare Definisci utilizzando le coordinate e inserire le coordinate di ciascun foro dal modello.

Successivamente, definire i parametri di perforazione per il primo intervento chirurgico di prova. Accettate i valori predefiniti. Assegna un nome al codice G.

Verrà generato automaticamente e salvato nella directory di lavoro. Caricare il codice G nel software di fresatura CNC e un teschio di prova negli strumenti stereotassici. Le barre auricolari legano manualmente la punta del trapano utilizzando i tasti freccia della tastiera, utilizzano una velocità di jog lenta per garantire la precisione.

Ora avvia il trapano con micromotore e imposta la manopola della velocità sul controller del trapano su 50, 000 giri/min. Premere avvio ciclo. Gli attacchi stereo eseguiranno molti passaggi dello stesso taglio a diverse profondità tra ogni passaggio.

Gli attacchi stereo si interromperanno in modo che il chirurgo possa continuare o interrompere. Taglio. Premere continua ciclo per continuare a tagliare le passate. Qui c'è un teschio che mostra il risultato finale dell'esecuzione dell'intervento chirurgico precedentemente progettato, e questo teschio mostra una vite del cranio inserita in un foro.

Prodotta la dimensione delle punte da trapano determinerà il foro, il diametro e, di conseguenza, la dimensione della vite. Questa figura mostra il teschio contenente una sottile finestra del teschio indicata dalle frecce. Si noti che nel pannello di destra, la luce sembra penetrare la sottile finestra del teschio.

I dispositivi chirurgici robotici possono aiutare a risolvere alcuni dei problemi più comuni nelle neuroscienze di oggi. Innanzitutto, i percorsi utensile sono riproducibili al 100%. In secondo luogo, può ridurre gli esperimenti o gli errori.

In terzo luogo, i dispositivi chirurgici motorizzati possono ridurre il numero di animali necessari per eseguire un esperimento e, infine, sono più precisi e accurati della mano umana. Abbiamo incluso un software personalizzato che consente ai ricercatori di generare automaticamente semplici interventi chirurgici. È importante ricordare che gli attacchi stereo motorizzati non sono limitati da questo software.

I ricercatori possono codificare percorsi di strumenti complessi per adattarsi al meglio ai loro neurochirurgia. Tuttavia, la precisione del robot dipende dalla qualità della lavorazione, dalla corretta configurazione e dalla corretta comprensione del funzionamento di una macchina CNC. Finché i ricercatori sono disposti a prendersi il tempo necessario per comprendere il funzionamento di questo strumento stereotassico motorizzato, possono eseguire interventi chirurgici in modo più accurato con una migliore replicabilità e meno formazione.

Nel complesso, la chirurgia automatizzata offre molti vantaggi. Esistono stereotassiche motorizzate. Sono disponibili in commercio, ma sono estremamente costosi.

Il sistema che Kevin e David hanno messo insieme qui è della stessa alta qualità, ma a un costo molto basso, e stanno rendendo il software e il sistema disponibili gratuitamente a tutta la comunità di ricerca.