Budowa zrobotyzowanego instrumentu stereotaktycznego o otwartym kodzie źródłowym

Ogólnym celem tej procedury jest zwiększenie dostępności i elastyczności zrobotyzowanej neurochirurgii gryzoni poprzez dostarczenie naukowcom planów zbudowania elastycznego, niedrogiego i otwartego instrumentu stereotaktycznego robotycznego, a także oprogramowania niezbędnego do projektowania i udostępniania operacji. Osiąga się to poprzez pierwszą obróbkę i montaż sterowanego numerycznie przyrządu stereotaktycznego. Drugim krokiem jest określenie współczynnika skalowania ataków stereo

Mierząc stereotaktyczną odległość przebytą na odległość silnika, ścieżka narzędzia zostanie automatycznie wygenerowana ze współrzędnych czaszki i zostanie wyeksportowana do kodu G. Ostatnim krokiem jest przetestowanie operacji z użyciem czaszek danego gatunku zwierząt. Jest przeznaczony do zabiegu chirurgicznego, powinien być modyfikowany zgodnie z wynikami testu.

Ostatecznie instrument stereotaktyczny może być używany do szybkiego wykonywania i udostępniania neurochirurgii na żywych gryzoniach. Obecne zastosowania obejmują między innymi kraniotomię, cienką czaszkę, okienka oraz elektrodę lub kaniulę. Obniżenie zrobotyzowanych narzędzi chirurgicznych może zwiększyć dokładność i powtarzalność neurochirurgii gryzoni.

Jednak modele komercyjne mogą być zbyt drogie. Poniższy protokół zawiera plany uaktualnienia istniejących ataków stereo do zmotoryzowanych ataków stereo. Kod G używany do sterowania silnikami jest open source i może być modyfikowany w celu zaspokojenia bardzo specyficznych potrzeb chirurgów.

Dołączone skrypty MATLAB pomogą wczesnym użytkownikom automatycznie generować operacje za pomocą prostych menu typu "wskaż i kliknij". Chociaż obecnie obsługiwanych jest tylko kilka wygenerowanych operacji, robot może wykonywać zdecydowaną większość technik neurochirurgicznych stosowanych w modelach zwierzęcych. Operacje robotyczne mają wiele zalet, takich jak eliminacja zmiennych w określonych momentach.

W ciągu ostatnich 30 lat moje laboratorium cierpiało przez okresy niskich wskaźników przeżycia w naszych operacjach przetrwania. Są to frustrujące okresy ze względu na liczbę zmiennych, które muszą być eliminowane pojedynczo. Chirurgia robotyczna wyeliminowałaby niektóre z tych zmiennych i uprościła nasz proces rozwiązywania problemów.

Ogólnie rzecz biorąc, sprzyja to bardziej konsekwentnym operacjom i szybszemu czasowi rekonwalescencji oraz mniejszej liczbie zgonów zwierząt. Rozpocznij tę procedurę od podłączenia bipolarnych silników krokowych do złączy dostarczonych z płytą sterownika. Podłącz zielony przewód do a plus, przewód do A minus, czerwony przewód do B plus i niebieski przewód do B minus.

Następny slajd. Łączniki nad silnikami krokowymi uważając, aby wyrównać otwory montażowe. Następnie zabezpiecz je za pomocą z gniazdowym 1220 mm M z trzema gniazdami i upewnij się, że łączniki są mocno przymocowane do silników.

Należy pamiętać, że modele 3D łączników i kołnierza nie zawierają gwintów. Otwory, które są oznaczone rozmiarem gwintu, muszą zostać nagwintowane po ich wyprodukowaniu. Następnie wykręć dociskowe z uchwytów skrzydełkowych we wszystkich trzech osiach instrumentu stereotaktycznego za pomocą małego klucza imbusowego.

Uchwyty kciuków są gwintowane, więc obróć je w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara w celu usunięcia, jednocześnie utrzymując podkładki PTFE na miejscu na ramieniu. Następnie przykręć gwintowany koniec kołnierzy do prętów gwintowanych ramion instrumentów stereotaktycznych, upewnij się, że nie ma przerwy między kolorami a pierścieniami P-T-F-E-O. Gwarantuje to, że współrzędne są zachowywane, gdy robot zmienia kierunki.

Następnie przymocuj kołnierze do gwintów ramion stereotaktycznych za pomocą trzech dociskowych o średnicy jednej czwartej cala nf 10 32 z końcówką kielichową. Nasuń każdy silnik i łącznik na kołnierze i ramiona stereotaktyczne. Upewnij się, że silniki są równo z ramionami, a otwory na ustalające na kołnierzach pokrywają się z płaską częścią wałów silnika.

Następnie przymocuj łączniki do stereotypów za pomocą otworów montażowych i sześciu półcalowych dociskowych NF 10 32 z punktem cięcia Następnie przymocuj kołnierze do wałów silnika za pomocą trzech czwartych calowych dociskowych NF 10 32. Teraz przygotuj płytkę sterownika CNC, ustawiając każdy z trzystopniowych kontrolerów na pół kroku, co pozwala na podwojenie rozdzielczości kroku dla każdego z trzech sterowników krokowych. Odwróć pin pierwszy do pozycji włączonej, pin drugi do pozycji wyłączonej, pin trzeci do pozycji włączonej, pin czwarty do pozycji wyłączonej, pin pięć do pozycji włączonej i pin szósty do pozycji wyłączonej.

Podłącz silniki x, y i z do sterownika silnika krokowego wraz z zasilaczem 12 V. Następnie podłącz sterownik krokowy do portu szeregowego komputera za pomocą DB 25. Teraz otwórz oprogramowanie do frezowania CNC, aby rozpocząć konfigurację komunikacji silników krokowych.

Należy pamiętać, że poniższa instrukcja jest przeznaczona do użytku wyłącznie ze sterownikiem silnika krokowego TB 6 5 6 0. Kliknij konfigurację, a następnie porty i sygnały wyjściowe. Wypełnij monit i naciśnij Zastosuj.

Następnie kliknij konfigurację portów i pinów oraz sygnałów wejściowych. Wypełnij monit i naciśnij Zastosuj. Następnie kliknij config.

Następnie porty i piny oraz wyjścia silnika. Wypełnij monit i naciśnij Zastosuj. Następnie kliknij konfigurację i tuning silnika.

Wypełnij monit i kliknij przycisk Zapisz ustawienia osi, a następnie powtórz te kroki dla wszystkich trzech AE, używając tych samych wartości. Następnie skalibruj stereotypy do skali oprogramowania CNC, ustawiając prędkość silnika na jeden cal na minutę i przesuń impulsowo oś Z instrumentów stereotaktycznych ze stroną w górę stronę w dół do najbliższego milimetra, wyzeruj oś Z i przesuń instrument stereotaktyczny o jeden milimetr. Odległość przebyta na osi Z w Mach trzy jest stałą skalowania.

Po przeprowadzeniu wyrywkowych testów wszystkich trzech osi poprzez zaprogramowanie ich tak, aby pokonywały pewne znane odległości, aby zapewnić dokładność ruchów, przymocuj wiertło mikrosilnikowe do instrumentu stereotaktycznego za pomocą bardzo dużego uchwytu sondy. Najpierw umieść wszystkie niestandardowe skrypty z tabeli oprogramowania w jednym folderze na komputerze. Następnie otwórz skrypt ostrej krawędzi kraniotomii M i uruchom kod.

Wybierz oba po wyświetleniu monitu. Jakiego rodzaju operację będziesz wykonywać? Następnie wybierz opcję Niestandardowa, aby zdefiniować rogi okna czaszki, zdefiniuj pozycje x i Y narożników kraniotomii.

Każda współrzędna musi być wprowadzona w odpowiedniej kolejności Po wypełnieniu formularza naciśnij OK. Następnie wprowadź trzy w monicie, aby utworzyć trzy otwory czaszki. Następnie wybierz opcję definiuj za pomocą współrzędnych i wprowadź współrzędne każdego otworu z szablonu.

Następnie określ parametry wiercenia dla pierwszej operacji testowej. Zaakceptuj wartości domyślne. Nazwij kod G.

Zostanie on automatycznie wygenerowany i zapisany w katalogu roboczym. Załaduj kod G do oprogramowania do frezowania CNC, a czaszkę testową do instrumentów stereotaktycznych. Pręty uszne ręcznie dzbanują wiertło torema za pomocą strzałek na klawiaturze, używaj niskiej prędkości impulsowania, aby zapewnić dokładność.

Teraz uruchom wiertarkę z mikrosilnikiem i ustaw pokrętło prędkości na sterowniku wiertarki na 50 000 obr./min. Naciśnij start cyklu. Ataki stereo wykonają wiele przejść tego samego cięcia na różnych głębokościach między każdym przejściem.

Ataki stereo zostaną wstrzymane, aby chirurg mógł kontynuować lub przerwać leczenie. Cięcie. Naciśnij przycisk kontynuuj cykl, aby kontynuować cięcie przejść. Oto czaszka pokazująca końcowy rezultat przeprowadzenia wcześniej zaprojektowanej operacji, a czaszka ta pokazuje czaszki włożoną w otwór.

Wyprodukowany rozmiar wierteł określi otwór, średnicę, a co za tym idzie rozmiar. Rysunek ten przedstawia czaszkę zawierającą cienkie okienko czaszki oznaczone strzałkami. Zauważ, że w prawym panelu światło wydaje się przenikać przez cienkie okienko czaszki.

Jednolicie zrobotyzowane urządzenia chirurgiczne mogą pomóc rozwiązać niektóre z najczęstszych problemów w dzisiejszej neurobiologii. Po pierwsze, ścieżki narzędzi są w 100% powtarzalne. Po drugie, może zmniejszyć liczbę eksperymentów lub błędów.

Po trzecie, zmotoryzowane urządzenia chirurgiczne mogą zmniejszyć liczbę zwierząt potrzebnych do przeprowadzenia eksperymentu, a wreszcie, są bardziej precyzyjne i dokładne niż ludzka ręka. Dołączyliśmy niestandardowe oprogramowanie, które pozwala badaczom automatycznie generować proste operacje. Ważne jest, aby pamiętać, że zmotoryzowane ataki stereo nie są ograniczone przez to oprogramowanie.

Naukowcy mogą kodować złożone ścieżki narzędzi, aby jak najlepiej pasowały do ich unikalnych operacji neurochirurgicznych. Mimo to dokładność robota zależy od jakości obróbki, właściwej konfiguracji i właściwego zrozumienia, jak działa maszyna CNC. Tak długo, jak naukowcy są skłonni poświęcić czas na zrozumienie działania tego zmotoryzowanego instrumentu stereotaktycznego, mogą wykonywać operacje dokładniej z lepszą powtarzalnością i mniejszym szkoleniem.

Ogólnie rzecz biorąc, zautomatyzowana chirurgia zapewnia wiele korzyści. Istnieje stereotaktyka zmotoryzowana. Są dostępne na rynku, ale są bardzo drogie.

System, który stworzyli Kevin i David, jest tej samej wysokiej jakości, ale za bardzo niską cenę, a oprogramowanie i system są dostępne za darmo dla całej społeczności naukowej.