$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Pozaustrojowy system ultrasonograficzny robota (US) odnosi się do konfiguracji, w której system robotyczny jest wykorzystywany do trzymania i manipulowania sondą amerykańską do badań zewnętrznych, w tym jej użycia w obrazowaniu kardiologicznym, naczyniowym, położniczym i ogólnym obrazowaniu jamy brzusznej1. Zastosowanie takiego systemu robotycznego jest motywowane wyzwaniami związanymi z ręcznym trzymaniem i manipulowaniem sondą amerykańską, na przykład wyzwaniem związanym ze znalezieniem standardowych widoków amerykańskich wymaganych przez protokoły obrazowania klinicznego oraz ryzykiem powtarzających się urazów związanych z przeciążeniem2,3,4, a także potrzebami amerykańskich programów przesiewowych, na przykład wymogiem obecności doświadczonych ultrasonografistów na miejscu5,6. Kładąc nacisk na różne funkcje i anatomię docelową, od lat 90. wprowadzono kilka zrobotyzowanych systemów US, które zostały omówione we wcześniejszych pracach1,7,8, w celu poprawy różnych aspektów egzaminów amerykańskich (np. teleoperacja na duże odległości9,10,11,12, a także interakcja robot-operator i automatyczne sterowanie)13,14. Oprócz zrobotyzowanych systemów amerykańskich wykorzystywanych do celów diagnostycznych, szeroko badano robotyczne systemy ultradźwięków o wysokiej intensywności (HIFU) do celów leczniczych, jak podsumowali Priester i wsp.1, z niektórymi ostatnimi pracami15,16 informujący o najnowszych postępach.
Chociaż kilka amerykańskich systemów robotycznych zostało opracowanych przy użyciu stosunkowo niezawodnych technologii do kontroli i operacji klinicznych, tylko kilka z nich zostało pomyślnie wdrożonych do użytku klinicznego, jak np. dostępny na rynku system tele-ultrasonograficzny17. Jedną z możliwych przyczyn jest niski poziom akceptacji dla wielkogabarytowych robotów o wyglądzie przemysłowym pracujących w środowisku klinicznym, zarówno z punktu widzenia pacjentów, jak i ultrasonografów. Dodatkowo, jeśli chodzi o zarządzanie bezpieczeństwem, większość istniejących robotów w USA opiera się na czujnikach siły do monitorowania i kontrolowania nacisku wywieranego na sondę amerykańską, podczas gdy bardziej podstawowe mechaniczne mechanizmy bezpieczeństwa do pasywnego ograniczania siły zwykle nie są dostępne. Może to również budzić obawy w odniesieniu do zastosowań klinicznych, ponieważ bezpieczeństwo pracy robota zależałoby wyłącznie od systemów elektrycznych i logiki oprogramowania.
Dzięki niedawnym postępom technik druku 3D, specjalnie ukształtowane plastikowe ogniwa z wykonanymi na zamówienie mechanizmami łączącymi mogą stworzyć nową możliwość rozwoju robotów medycznych na zamówienie. Starannie zaprojektowane, lekkie komponenty o kompaktowym wyglądzie mogą poprawić akceptację kliniczną. Specjalnie do badań w USA, robot medyczny na zamówienie, który ma zostać przełożony na zastosowanie kliniczne, powinien być kompaktowy, z wystarczającymi stopniami swobody (DOF) i zakresem ruchu, aby pokryć obszar zainteresowania skanu; Na przykład powierzchnia brzucha, w tym zarówno góra, jak i boki brzucha. Dodatkowo robot powinien również posiadać możliwość wykonywania precyzyjnych regulacji sondy amerykańskiej w okolicy, podczas próby optymalizacji widoku z USA. Zwykle obejmuje to ruchy przechylające sondy w pewnym zakresie, jak sugerują Essomba i wsp.18 oraz Bassit19. Aby jeszcze bardziej rozwiązać problemy związane z bezpieczeństwem, oczekuje się, że system powinien być wyposażony w pasywne funkcje bezpieczeństwa mechanicznego, które są niezależne od systemów elektrycznych i logiki oprogramowania.
W tym artykule przedstawiamy szczegółowy projekt i metodę montażu zręcznego manipulatora robotycznego o 5 stopniach swobody, który jest używany jako kluczowy komponent pozacielesnego systemu robotycznego US. Manipulator składa się z kilku lekkich ogniw do druku 3D, wykonanych na zamówienie mechanizmów przegubowych i wbudowanego sprzęgła bezpieczeństwa. Specyficzne rozmieszczenie głębi ostrości zapewnia pełną elastyczność w regulacji sondy, umożliwiając łatwe i bezpieczne operacje na małym obszarze bez kolizji z pacjentem. Proponowany manipulator z wieloma stopniami swobody ma działać jako główny element, który ma kontakt z pacjentami i można go po prostu podłączyć do dowolnego konwencjonalnego globalnego mechanizmu pozycjonowania 3-DOF, tworząc kompletnego robota amerykańskiego z w pełni aktywnymi głębiami ostrości do wykonywania skanowania USG.