オープンソースロボット定位固定装置を構築する

この手順の全体的な目標は、柔軟性があり、安価で、オープンソースのロボット定位固定装置を構築する計画と、手術の設計と共有に必要なソフトウェアを研究者に提供することにより、ロボットげっ歯類の脳神経外科のアクセシビリティと柔軟性を拡大することです。これは、最初にコンピュータ数値制御の定位固定装置を機械加工し、組み立てることによって達成されます。2 番目のステップは、ステレオ アタックのスケーリング比を決定することです。

モーター距離ごとに移動した定位固定装置の距離を測定することにより、ツールパスが頭蓋骨の座標から自動的に生成され、Gコードにエクスポートされます。最後のステップは、動物種の頭蓋骨を使用して手術をテストすることです。これは、手術のために設計されており、テストの結果に応じて変更する必要があります。

最終的には、脳定位固定装置を使用して、生きたげっ歯類の脳神経外科を迅速に実行し、共有することができます。現在の用途には、開頭術、薄い頭蓋骨、窓、電極またはカニューレが含まれますが、これらに限定されません。ロボット手術器具を下げると、げっ歯類の脳神経外科の精度と再現性を高めることができます。

ただし、商用モデルは法外に高価になる可能性があります。次のプロトコルは、既存のステレオ攻撃を電動ステレオ攻撃にアップグレードする計画を提供します。モーターの制御に使用されるGコードはオープンソースであり、外科医の非常に特殊なニーズに合わせて変更することができます。

付属の MATLAB スクリプトは、アーリーアダプターが簡単なポイント アンド クリック メニューを使用して手術を自動的に生成するのに役立ちます。現在サポートされている手術はごくわずかですが、ロボットは動物モデルで使用される脳神経外科技術の大部分を実行することができます。ロボット手術には、特定の時間に変数を排除するなど、多くの利点があります。

過去30年間、私の研究室では、生存手術の生存率が低い時期に苦しんできました。これらは、一度に1つずつ排除しなければならない変数の数が多いため、イライラする期間です。ロボット手術は、これらの変数の一部を排除し、トラブルシューティングプロセスを簡素化します。

一般的に、より一貫した手術を促進し、回復時間を短縮し、動物の死亡を減らします。この手順は、バイポーラステッピングモーターをドライバーボードに付属のコネクタに配線することから始めます。緑色のワイヤーをAにプラス、黒のワイヤーをAからマイナス、赤いワイヤーをBにプラス、青いワイヤーをBからマイナスに接続します。

次のスライド。ステッピングモーターの上のカプラーは、取り付け穴の位置を合わせるように注意しています。次に、1220ミリメートルMの3つのソケットヘッドネジを使用してそれらを固定し、カプラーがモーターにしっかりと取り付けられていることを確認します。

カプラーとカラーの3Dモデルにはネジ山が含まれていないことに注意してください。ねじサイズでラベル付けされた穴は、製造後にタップする必要があります。その後、小さな六角レンチを使用して、脳定位固定装置の3軸すべてのサムグリップから止めネジを外します。

サムグリップはネジ式なので、PTFEワッシャーをアームの所定の位置に保持しながら、反時計回りに回して取り外します。次に、カラーのネジ端を脳定位固定装置アームのネジ付きロッドにねじ込み、色とP-T-F-E-Oリングとの間に隙間がないことを確認します。これにより、ロボットが方向を変えても座標が維持されることが保証されます。

その後、3本の1/4インチnf 10 32カップポイント止めネジを使用して、カラーを定位固定アームのネジ山に固定します。各モーターとカプラーをカラーと脳定位固定アームの上にスライドさせます。モーターがアームと同じ高さにあり、カラーの止めネジ穴がモーターシャフトの平らな部分と揃っていることを確認します。

次に、取り付け穴と6本のハーフインチNF10 32カットポイント止めネジを使用して、カプラーをステレオタイプに固定します。その後、3/4インチNF10 32止めネジを使用してカラーをモーターシャフトに固定します。次に、3つのステップコントローラーのそれぞれをハーフステッピングに設定してCNCドライバーボードを準備します。これにより、3つのステップコントローラーのそれぞれでステップ分解能が2倍になります。ピン 1 をオンの位置に、ピン 2 をオフの位置に、ピン 3 をオンの位置に、ピン 4 をオフの位置に、ピン 5 をオンの位置に、ピン 6 をオフの位置に反転します。

x、y、Zモーターを12ボルトの電源とともにステッピングモータードライバーに接続します。次に、DB 25 ケーブルを使用して、ステッパー ドライバーをコンピューターのシリアル ポートに接続します。次に、CNCフライス盤ソフトウェアを開いて、ステッピングモーター通信の構成を開始します。

次の手順は、TB 6 5 6 0ステッピングモータードライバーでの使用のみを目的としていることに注意してください。[config] をクリックし、[ports] と [output signals] をクリックします。プロンプトに入力し、適用を押します。

次に、[コンフィグ ポートとピン] をクリックし、信号を入力します。プロンプトに入力し、適用を押します。次に、[config] をクリックします。

次に、ポートとピン、モーター出力。プロンプトに入力し、適用を押します。その後、configとmotor tuningをクリックします。

プロンプトに入力して[軸設定の保存]をクリックし、同じ値を使用して3つのAEすべてに対してこれらの手順を繰り返します。次に、モーターの速度を1分あたり1インチに設定し、定位固定装置のZ軸をページアップして最も近いミリメートルまでジョグし、Z軸をゼロにして脳定位固定装置を1ミリメートルジョグして、CNCソフトウェアのスケールに合わせてステレオタイプをキャリブレーションします。マッハ3のZ軸上を移動する距離は、スケーリング定数です。

3つの軸すべてのランダムテストを実行した後、動きが正確であることを確認するために既知の距離を移動するようにプログラムし、特大のプローブホルダーを使用してマイクロモータードリルを定位固定装置に取り付けます。まず、ソフトウェアテーブルのすべてのカスタムスクリプトをPC上の1つのフォルダに配置します。次に、スクリプト sharp edge craniotomy M を開き、コードを実行します。

プロンプトで両方を選択します。どのような手術を行いますか?続いて、カスタムを選択して頭蓋骨ウィンドウの角を定義し、開頭術の角のx位置とY位置を定義します。

各座標は正しい順序で入力する必要があります フォームに記入したら、OKを押してください。次に、プロンプトに「three」と入力して、3つの頭蓋骨の穴を生成します。次に、[define using coordinates] を選択し、テンプレートから各穴の座標を入力します。

その後、最初のテスト手術の穴あけパラメータを定義します。デフォルト値をそのまま使用します。Gコードに名前を付けます。

自動的に生成され、作業ディレクトリに保存されます。GコードをCNCフライス盤ソフトウェアにロードし、テストスカルを脳定位固定装置にロードします。イヤーバーは、キーボードの矢印キーを使用してドリルビットトレマを手動でジャグし、精度を確保するためにゆっくりとしたジョギング速度を使用します。

次に、マイクロモータードリルを開始し、ドリルコントローラーのスピードダイヤルを50、000 RPMに設定します。サイクルスタートを押します。ステレオアタックは、各パス間で異なる深さで同じカットの多くのパスを実行します。

ステレオ攻撃は一時停止するため、外科医は続行または中止できます。切断。「サイクル続行」を押して、パスの切断を続行します。これは、以前に設計した手術を実行した最終結果を示す頭蓋骨であり、この頭蓋骨は穴に挿入された頭蓋骨ねじを示しています。

製造されたドリルビットのサイズによって、穴の直径、直径、ひいてはネジのサイズが決まります。この図は、矢印で示された薄い頭蓋骨の窓を含む頭蓋骨を示しています。右側のパネルでは、薄い頭蓋骨の窓に光が透過しているように見えることに注意してください。

Uniformly Robotic手術用デバイスは、今日の神経科学で最も一般的な問題のいくつかを解決するのに役立ちます。まず、ツールパスは100%再現可能です。第二に、実験やエラーを減らすことができます。

第三に、電動手術装置は、実験を行うために必要な動物の数を減らすことができ、最後に、人間の手よりも正確で正確です。研究者が簡単な手術を自動的に生成できるカスタムソフトウェアが含まれています。電動ステレオアタックは、このソフトウェアによって制約されないことを覚えておくことが重要です。

研究者は、独自の脳神経外科に最適な複雑なツールパスをコーディングできます。それでも、ロボットの精度は、高品質の機械加工、適切なセットアップ、およびCNCマシンの動作方法の適切な理解に依存します。研究者がこの電動定位装置の機能を理解するために時間をかけることをいとわない限り、彼らはより良い再現性とより少ないトレーニングでより正確に手術を行うことができるでしょう。

全体として、自動手術には多くの利点があります。電動定位が存在します。市販されていますが、非常に高価です。

ケビンとデビッドがここでまとめたシステムは、同じ高品質で、非常に低コストで、ソフトウェアとシステムを研究コミュニティ全体が自由に利用できるようにしています。