Name: Zaprojektowanie i wykonanie dedykowanego manipulatora robotycznego do ultrasonografii pozaustrojowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 41 s
Description: Poznaj konstrukcję dedykowanego manipulatora robotycznego do ultrasonografii pozaustrojowej z pięcioma stopniami swobody i lekkimi elementami drukowanymi w 3D. To rozwiązanie zwiększa bezpieczeństwo diagnostyki i zmniejsza ryzyko urazów powtarzalnych u personelu medycznego.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Wellcome Trust IEH Award [102431] oraz przez Wellcome/EPSRC Centre for Medical Engineering [WT203148/Z/16/Z]. Autorzy potwierdzają wsparcie finansowe ze strony Departamentu Zdrowia za pośrednictwem kompleksowej nagrody Centrum Badań Biomedycznych Narodowego Instytutu Badań nad Zdrowiem (NIHR) dla Guy's & St Thomas' NHS Foundation Trust we współpracy z King's College London i King's College Hospital NHS Foundation Trust.

1. Przygotowanie każdego ogniwa, efektora końcowego i dodatkowych komponentów
<ol>
	<li>Wydrukuj wszystkie ogniwa (L0, L1, L2, L3 i L4) oraz efektor końcowy, jak pokazano na Rysunek 1, z tworzywa sztucznego akrylonitryl-butadien-styren (ABS), tworzywa sztucznego kwasu polimlekowego (PLA) lub nylonu, korzystając z usługi drukowania 3D. Za pomocą przycisku . Pliki STL dostarczane w materiałach uzupełniających podczas drukowania. 
	UWAGA: Zmiany w kształcie i skali każdej części można wprowadzić na podstawie dostarczonych plików. Wewnętrzny profil efektora końcowego można zmienić, aby pasował do różnych sond amerykańskich.</li>
	<li>Wydrukuj wszystkie wymagane dodatkowe komponenty, jak pokazano w Rysunek 2 z nylonu, korzystając z usługi drukowania 3D. Zapoznaj się z tabelą materiałów, aby uzyskać wymaganą liczbę każdego komponentu. Za pomocą przycisku . Pliki STL dostarczane w materiałach uzupełniających podczas drukowania.</li>
	<li>W razie potrzeby wypoleruj wszystkie wydrukowane części plastikowe za pomocą narzędzi do polerowania. W razie potrzeby usuń wszelkie materiały pomocnicze pozostałe po druku 3D. 
	UWAGA: Niektóre konstrukcje w dostarczonym projekcie efektora końcowego są przeznaczone do czujnika siły, który nie jest częścią zgłoszonego tutaj protokołu i nie będzie używany do montażu. Koncepcja projektu czujnika siły została opisana w poprzedniej pracy20; W związku z tym nie jest to omówione w tym artykule.</li>
</ol>
2. Montaż przegubu 1
UWAGA: Montaż złącza 1 (J1) jest oparty na Rysunek 3.
<ol>
	<li>Umieść cztery małe, zębate silniki krokowe (z dołączonymi 20-zębnymi kołami zębatymi czołowymi) we wnękach montażowych L0 i zamontuj je za pomocą.</li>
	<li>Umieść dwa łożyska o średnicy zewnętrznej 37 mm w obudowach łożysk L0 i przymocuj 120-zębne koło zębate czołowe (typ A) do wpustu sześciokątnego L1.</li>
	<li>Włóż wał na L1 do otworu wału w L0 z czterema małymi kołami zębatymi walcowymi napędowymi i dużym, napędzanym kołem zębatym czołowym, a następnie zamontuj kołnierz wału, aby zabezpieczyć i utrzymać wał.</li>
</ol>
3. Montaż złącza 2
UWAGA: Montaż złącza 2 (J2) jest oparty na Rysunek 4.
<ol>
	<li>Umieść cztery małe, zębate silniki krokowe (z dołączonymi 20-zębnymi kołami zębatymi czołowymi) we wnękach montażowych L1 i zamontuj je za pomocą.</li>
	<li>Przymocuj dwa 120-zębne koła zębate czołowe (typ B) do dwóch łożysk o średnicy zewnętrznej 37 mm i umieść je we wnękach przekładni L1, przy czym 120-zębne koło zębate czołowe (typ B) sprzęgnie się z 20-zębnymi kołami zębatymi czołowymi zamontowanymi na silnikach. W razie potrzeby odkręć i ponownie przykręć silnik, aby umożliwić łatwe ustawienie dwóch 120-zębnych kół zębatych czołowych typu B.</li>
	<li>Wyrównaj L1 i L2 i włóż łożysko oraz pary sprężyn kulowych do otworów sprzęgła w L2. Gdy dwie okrągłe osłony sprzęgła są wyrównane i wciskają sprężynę do mechanizmu sprzęgła w celu wstępnego naładowania, włóż M6 w otwory L1 i L2.</li>
	<li>Obróć zespół na drugą stronę i powtórz kroki opisane w 3.3 dla tej strony. Zabezpiecz zespół, przykręcając nakrętkę do M6.</li>
</ol>
4. Montaż przegubu 3
UWAGA: Montaż złącza 3 (J3) jest oparty na Rysunek 5.
<ol>
	<li>Umieść dwa małe, zębate silniki krokowe (z dołączonymi 20-zębnymi kołami zębatymi czołowymi) we wnękach montażowych L2 i zamontuj je za pomocą.</li>
	<li>Umieść łożysko o średnicy zewnętrznej 37 mm w obudowie łożyska 120-zębnego koła zębatego czołowego (typ C) i umieść łożysko o średnicy zewnętrznej 32 mm w obudowie łożyska L3.</li>
	<li>Zamocuj duże koło zębate czołowe w sześciokątnej dziurce od klucza L3 (w razie potrzeby można użyć dodatkowych) i włóż wałek na L2 do otworów w dużym kole zębatym czołowym i L3, przy włączonych małych i dużych kołach zębatych czołowych.</li>
</ol>
5. Montaż mechanizmu napędowego przegubu 4
UWAGA: Montaż złącza 4 (J4) jest oparty na Rysunek 6.
<ol>
	<li>Umieść dwa małe, motoreduktory krokowe we wnękach montażowych L3 i zamontuj je za pomocą. Umieść łożyska o średnicy zewnętrznej 8 mm w obudowach łożysk L4.</li>
	<li>Zamontuj 20-zębne koło zębate czołowe na dwóch małych silnikach krokowych.</li>
</ol>
6. Montaż Mechanizmu Napędzanego Stawu 4 i Przegubu 5
UWAGA: Montaż przegubu 4 (J4) jest oparty na Rysunek 6, a staw 5 (J5) jest oparty na Rysunek 7.
<ol>
	<li>Ustawić napędzane 144-zębne koło zębate stożkowe na profilu L4.</li>
	<li>Umieść dwa małe, zębate silniki krokowe (z dołączonymi 18-zębnymi przekładniami stożkowymi) we wnękach montażowych L4 i zamontuj je za pomocą. Na koniec włóż wałek M5 do otworu wału L3 i L4 po wyrównaniu dwóch ogniw. Upewnij się, że wbudowane napędzane konstrukcje przekładni w L4 pasują do koła zębatego czołowego o długości 20 zębów.</li>
	<li>Włóż efektor końcowy do rowka wpustowego dużego koła zębatego stożkowego i ustaw pionowo efektor końcowy z przykręconym do niego kołnierzem efektora końcowego. </li>
</ol>

<ol><li>Priester, A. M., Natarajan, S., Culjat, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+ultrasound+systems+in+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Ultrasonics%2C+Ferroelectrics%2C+and+Frequency+Control%22%5BJournal%5D)">Robotic ultrasound systems in medicine.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 60 (3), 507-523 (2013).</li>
<li>Magnavita, N., Bevilacqua, L., Mirk, P., Fileni, A., Castellino, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Work-related+musculoskeletal+complaints+in+sonologists%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Occupational+and+Environmental+Medicine%22%5BJournal%5D)">Work-related musculoskeletal complaints in sonologists.</a> Journal of Occupational and Environmental Medicine. 41 (11), 981-988 (1999).</li>
<li>Jakes, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonographers+and+Occupational+Overuse+Syndrome%3A+Cause%2C+Effect%2C+and+Solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Diagnostic+Medical+Sonography%22%5BJournal%5D)">Sonographers and Occupational Overuse Syndrome: Cause, Effect, and Solutions.</a> Journal of Diagnostic Medical Sonography. 17 (6), 312-320 (2001).</li>
<li>Society of Diagnostic Medical Sonography. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Industry+Standards+for+the+Prevention+of+Work-Related+Musculoskeletal+Disorders+in+Sonography%3A+Consensus+Conference+on+Work-Related+Musculoskeletal+Disorders+in+Sonography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Diagnostic+Medical+Sonography%22%5BJournal%5D)">Industry Standards for the Prevention of Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography: Consensus Conference on Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography.</a> Journal of Diagnostic Medical Sonography. 27 (1), 14-18 (2011).</li>
<li>LaGrone, L. N., Sadasivam, V., Kushner, A. L., Groen, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+training+opportunities+for+ultrasonography+in+low+and+middle+income+countries%5BTitle%5D)+AND+%22Tropical+Medicine+%26+International+Health%22%5BJournal%5D)">A review of training opportunities for ultrasonography in low and middle income countries.</a> Tropical Medicine & International Health. 17 (7), 808-819 (2012).</li>
<li>Shah, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perceived+barriers+in+the+use+of+ultrasound+in+developing+countries%5BTitle%5D)+AND+%22Critical+Ultrasound+Journal%22%5BJournal%5D)">Perceived barriers in the use of ultrasound in developing countries.</a> Critical Ultrasound Journal. 7 (1), 28(2015).</li>
<li>Swerdlow, D. R., Cleary, K., Wilson, E., Azizi-Koutenaei, B., Monfaredi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+Arm%E2%80%93Assisted+Sonography%3A+Review+of+Technical+Developments+and+Potential+Clinical+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Roentgenology%22%5BJournal%5D)">Robotic Arm–Assisted Sonography: Review of Technical Developments and Potential Clinical Applications.</a> American Journal of Roentgenology. 208 (4), 733-738 (2017).</li>
<li>Nouaille, L., Laribi, M., Nelson, C., Zeghloul, S., Poisson, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+Kinematics+for+Minimally+Invasive+Surgery+and+Tele-Echography+Robots%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Medical+Devices%22%5BJournal%5D)">Review of Kinematics for Minimally Invasive Surgery and Tele-Echography Robots.</a> Journal of Medical Devices. 11 (4), 040802(2017).</li>
<li>Georgescu, M., Sacccomandi, A., Baudron, B., Arbeille, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+sonography+in+routine+clinical+practice+between+two+isolated+medical+centers+and+the+university+hospital+using+a+robotic+arm%3A+a+1-year+study%5BTitle%5D)+AND+%22Telemedicine+and+e-Health%22%5BJournal%5D)">Remote sonography in routine clinical practice between two isolated medical centers and the university hospital using a robotic arm: a 1-year study.</a> Telemedicine and e-Health. 22 (4), 276-281 (2016).</li>
<li>Arbeille, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+a+robotic+arm+to+perform+remote+abdominal+telesonography%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Roentgenology%22%5BJournal%5D)">Use of a robotic arm to perform remote abdominal telesonography.</a> American Journal of Roentgenology. 188 (4), W317-W322 (2007).</li>
<li>Arbeille, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fetal+tele%E2%80%90echography+using+a+robotic+arm+and+a+satellite+link%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+in+Obstetrics+%26+Gynecology%22%5BJournal%5D)">Fetal tele‐echography using a robotic arm and a satellite link.</a> Ultrasound in Obstetrics & Gynecology. 26 (3), 221-226 (2005).</li>
<li>Vieyres, P., et al. A tele-operated robotic system for mobile tele-echography: The OTELO project. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aVieyres%2C+P+%22M-Health%3A+Emerging+Mobile+Health+Systems%22">M-Health: Emerging Mobile Health Systems</a>. Istepanian, R. H., Laxminarayan, S., Pattichis, C. S. , Boston, MA. 461-473 (2006).</li>
<li>Abolmaesumi, P., Salcudean, S. E., Zhu, W. H., Sirouspour, M. R., DiMaio, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Image-guided+control+of+a+robot+for+medical+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Robotics+and+Automation%22%5BJournal%5D)">Image-guided control of a robot for medical ultrasound.</a> IEEE Transactions on Robotics and Automation. 18 (1), 11-23 (2002).</li>
<li>Abolmaesumi, P., Salcudean, S., Zhu, W. Visual servoing for robot-assisted diagnostic ultrasound. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAbolmaesumi%2C+P+%22Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society%2C+Proceedings+of+the+22nd+Annual+International+Conference+of+the+IEEE%22">Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 22nd Annual International Conference of the IEEE</a>. , Chicago, IL. (2000).</li>
<li>Menikou, G., Yiallouras, C., Yiannakou, M., Damianou, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI%E2%80%90guided+focused+ultrasound+robotic+system+for+the+treatment+of+bone+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22The+International+Journal+of+Medical+Robotics+and+Computer+Assisted+Surgery%22%5BJournal%5D)">MRI‐guided focused ultrasound robotic system for the treatment of bone cancer.</a> The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 13 (1), e1753(2017).</li>
<li>Yiallouras, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-axis+MR-conditional+robot+for+high-intensity+focused+ultrasound+for+treating+prostate+diseases+transrectally%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Therapeutic+Ultrasound%22%5BJournal%5D)">Three-axis MR-conditional robot for high-intensity focused ultrasound for treating prostate diseases transrectally.</a> Journal of Therapeutic Ultrasound. 3 (1), 2(2015).</li>
<li>AdEchoTech. MELODY, a remote, robotic ultrasound solution. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.adechotech.com/products/">http://www.adechotech.com/products/</a> (2018).</li>
<li>Essomba, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+specific+performances+comparative+study+of+two+spherical+robots+for+tele-echography+application%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Institution+of+Mechanical+Engineers%2C+Part+C%3A+Journal+of+Mechanical+Engineering+Science%22%5BJournal%5D)">A specific performances comparative study of two spherical robots for tele-echography application.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 228 (18), 3419-3429 (2014).</li>
<li>Bassit, L. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Structure+m%C3%A9canique+%C3%A0+modules+sph%C3%A9riques+optimis%C3%A9es+pour+un+robot+m%C3%A9dical+de+t%C3%A9l%C3%A9-%C3%A9chographie+mobile%22">Structure mécanique à modules sphériques optimisées pour un robot médical de télé-échographie mobile</a>. , Université d’Orléans. France. PhD thesis (2005).</li>
<li>Noh, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-Axis+force%2Ftorque+sensor+based+on+Simply-Supported+beam+and+optoelectronics%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Multi-Axis force/torque sensor based on Simply-Supported beam and optoelectronics.</a> Sensors. 16 (11), 1936(1936).</li>
<li>Noh, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+ergonomic+handheld+ultrasound+probe+providing+contact+forces+and+pose+information%5BTitle%5D)+AND+%22Engineering+in+Medicine+and+Biology+Society%2C+Proceedings+of+the+37th+Annual+International+Conference+of+the+IEEE%22%5BJournal%5D)">An ergonomic handheld ultrasound probe providing contact forces and pose information.</a> Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 37th Annual International Conference of the IEEE. , Milan, Italy. (2015).</li>
<li>Maplesoft. Translational Detent – MapleSim Help. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.maplesoft.com/support/help/MapleSim/view.aspx?path=DrivelineComponentLibrary/translationalDetent">https://www.maplesoft.com/support/help/MapleSim/view.aspx?path=DrivelineComponentLibrary/translationalDetent</a> (2018).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W przeciwieństwie do wielu innych robotów przemysłowych, które zostały przełożone na zastosowania medyczne, proponowany manipulator robotyczny opisany w protokole został specjalnie zaprojektowany do badań w USA zgodnie z wymaganiami klinicznymi dotyczącymi zakresu ruchu, zastosowania siły i zarządzania bezpieczeństwem. Sam lekki manipulator robotyczny posiada szeroki zakres ruchów wystarczający do większości pozaustrojowych skanów amerykańskich, bez konieczności wykonywania dużych ruchów globalnego mechanizmu pozycjonowa...

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.

<table><tbody><tr><td>Drukowane w 3D łącze L0</td><td>usługa drukowania 3D</td><td></td><td>1 Jak pokazano na rysunku 1, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>Drukowany w 3D link L1</td>usługa <td>drukowania 3D</td><td>1</td><td>Jak pokazano na rysunku 1, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>Drukowany w 3D link L2</td><td>usługa drukowania 3D</td><td></td><td>1 Jak pokazano na rysunku 1, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>łącze drukowane w 3D L3</td><td>usługa drukowania 3D</td><td>1</td><td>Jak pokazano na rysunku 1, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>Drukowany w 3D link L4</td>usługa <td>drukowania 3D</td><td>1</td><td>Jak pokazano na rysunku 1, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>Usługa drukowania 3D</td><td>z efektorem końcowym</td><td>wydrukowanym</td> w 3D <td>1 Jak pokazano na rysunku 1, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>20-zębowa przekładnia zębata czołowa</td><td>Usługa druku 3D</td><td>12</td><td>0,5 modułu, szerokość czoła 5 mm, z rowkiem wpustowym montażowym, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>18-zębowa przekładnia stożkowa</td><td>Usługa druku 3D</td><td>2</td><td>moduł 0,5, szerokość czołowa 5 mm, z rowkiem wpustowym montażowym, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>120-zębne koło zębate czołowe (typ A)</td><td>Usługa druku 3D</td><td>1</td><td>Moduł 0,5, szerokość czoła 6 mm, z rowkiem wpustowym montażowym, obudową łożyska i otworem, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>120-zębowe koło zębate czołowe (typ B)</td><td>Usługa druku 3D</td><td>2</td><td>Moduł 0,5, szerokość czoła 6 mm, z otworami zapadkowymi, obudową łożyska i otworem, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>120-zębowe koło zębate czołowe (typ C)</td><td>Usługa drukowania 3D</td><td>1</td><td>0,5 modułu, szerokość czoła 6 mm, z kluczem montażowym, obudową łożyska i otworem, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>20-zębowa długa przekładnia zębata czołowa</td><td>usługa druku 3D</td><td>1</td><td>0,5 modułu, szerokość czoła 21,5 mm, z rowkami wpustowymi montażowymi, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>144-zębna przekładnia stożkowa</td><td>usługa druku 3D</td><td>1</td><td>moduł 0,5, Szerokość czołowa 7 mm, z rowkami wpustowymi montażowymi, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>Łożysko (37 mm Średnica zewnętrzna i 30 mm średnica wewnętrzna)</td> <td>Stacja łożyskowa Ltd., Wielka Brytania</td><td>5</td><td>Rozmiar łożyska i dostawca mogą być różne</td></tr><tr><td>Łożysko (12 mm OD i 6 mm ID)</td> <td>Stacja łożyskowa Ltd., Wielka Brytania</td><td>2</td><td>Rozmiar łożyska i dostawca mogą być różne</td></tr><tr><td>Łożysko (32 mm OD i 25 mm ID)</td> <td>Stacja łożyskowa Ltd., Wielka Brytania</td><td>1</td><td>Rozmiar łożyska i dostawca mogą być różne</td></tr><tr><td>Łożysko (8 mm OD i 5 mm ID )</td> <td>Stacja łożyskowa Ltd., Wielka Brytania</td><td>2</td><td>Rozmiar łożyska i dostawca mogą być różne</td></tr><tr><td>Wałek z tworzywa sztucznego/metalu (6 mm OD, 70 mm długości)</td> <td>TR Fastenings Ltd., UK</td><td>1</td> np<td>. Może to być śruba M6 i nakrętka</td></tr><tr><td>Wałek plastikowy/metalowy (5 mm OD, 70 mm długości)</td><td>TR Fastenings Ltd., Wielka Brytania</td><td>1</td> np<td>. Może to być śruba M5 i nakrętka</td></tr><tr><td>Pary sprężyn kulowych</td><td>WDS Ltd., Wielka Brytania</td><td>4</td><td>Liczba par sprężyn kulowych może się różnić, aby dostosować siłę wyzwalania sprzęgła</td></tr><tr><td>Osłony sprzęgła</td><td>Usługa druku 3D</td><td>2</td><td>104 mm OD, szerokość czoła 5 mm, otwór 6 mm, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>Drukowany w 3D kołnierz wału</td><td>Usługa drukowania 3D</td><td>1</td><td>35 mm OD i 30 mm ID, szerokość czoła 8 mm, jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>Drukowany w 3D kołnierz efektora końcowego</td><td>usługa drukowania 3D</td><td>1</td><td>Jak pokazano na rysunku 2, z dostarczonym plikiem STL</td></tr><tr><td>Małe motoreduktory krokowe</td><td>AOLONG TECHNOLOGY Ltd., Chiny</td><td>14</td><td>Numer katalogowy: GM15BYS; Przełożenie wewnętrzne 232:1 lub 150:1, wszystkie dopuszczalne</td></tr></tbody></table>

zaprojektowanie i wykonanie dedykowanego manipulatora robotycznego do ultrasonografii pozaustrojowej

Design and Implementation of a Bespoke Robotic Manipulator for Extra-corporeal Ultrasound

Z potencjałem do wysokiej precyzji, zręczności i powtarzalności, można zastosować samośledzący się system robotyczny, aby wspomóc akwizycję ultradźwięków w czasie rzeczywistym. Jednak ograniczona liczba robotów zaprojektowanych do ultrasonografii pozaustrojowej została z powodzeniem przełożona na zastosowanie kliniczne. W tym badaniu naszym celem jest zbudowanie zbudowanego na zamówienie manipulatora robotycznego do pozaustrojowego badania ultrasonograficznego, który jest lekki i zajmuje niewiele miejsca. Robot składa się z pięciu specjalnie ukształtowanych ogniw i specjalnie wykonanych mechanizmów przegubowych do manipulowania sondą, aby pokryć niezbędny zakres ruchu z nadmiarowymi stopniami swobody, aby zapewnić bezpieczeństwo pacjenta. Bezpieczeństwo mechaniczne jest podkreślone mechanizmem sprzęgła, aby ograniczyć siłę wywieraną na pacjentów. Ze względu na konstrukcję całkowita waga manipulatora wynosi niecałe 2 kg, a długość manipulatora wynosi około 25 cm. Projekt został wdrożony i przeprowadzono badania symulacyjne, fantomowe i ochotnicze, aby zweryfikować zakres ruchu, zdolność do dokonywania precyzyjnych regulacji, niezawodność mechaniczną i bezpieczną pracę sprzęgła. W tym artykule szczegółowo opisano projekt i wdrożenie zrobotyzowanego manipulatora ultradźwiękowego na zamówienie, wraz z ilustracją metod projektowania i montażu. Przedstawiono wyniki testów mających na celu zademonstrowanie cech konstrukcyjnych i doświadczeń klinicznych związanych z użytkowaniem systemu. Stwierdzono, że obecnie proponowany manipulator robotyczny spełnia wymagania jako system do pozaustrojowego badania ultrasonograficznego i ma ogromny potencjał do przełożenia na zastosowanie kliniczne.

Zgodnie z protokołem, powstały system stanowi manipulator robotyczny z pięcioma specjalnie uformowanymi członami (L0 do L4) i pięcioma przegubami obrotowymi (J1 do J5) służącymi do przemieszczania, utrzymywania i lokalnego pochylania głowicy US (Rysunek 8). Górny przegub obrotowy (J1), z mechanizmami zębatymi napędzanymi przez cztery silniki, może obracać kolejne struktury o 360°, co pozwala na skierowani...

Ten artykuł przedstawia projektowanie i implementację dedykowanego manipulatora robotycznego do pozaustrojowego badania ultrasonograficznego. System ma pięć stopni swobody z lekkimi przegubami wykonanymi metodą druku 3D i mechanicznym sprzęgłem do zarządzania bezpieczeństwem.

Zaprojektowanie i wykonanie dedykowanego manipulatora robotycznego do ultrasonografii pozaustrojowej

With the potential for high precision, dexterity, and repeatability, a self-tracked robotic system can be employed to assist the acquisition of real-time ...

Opracowaliśmy dodatkowy ustrojowy manipulator robotyczny na szprychy, który będzie miał na celu zastosowanie kliniczne. Zastosowanie systemów robotycznych do diagnostyki ultrasonograficznej może potencjalnie poprawić diagnostykę medyczną. Manipulator składa się z ołowianego ciężarka, a więc rzeczy do wydrukowania, z dala od tworzyw sztucznych, które są wyposażone w mechaniczne sprzęgło.Sprzęgło jest niezależne od układów elektrycznych i logiki nadrzędnej. Zrobotyzowany manipulator ultradźwiękowy może być używany przez stenografów w celu zmniejszenia ryzyka powtarzających się urazów związanych z przeciążeniem. System może być również wykorzystywany do diagnostyki ultrasonograficznej.Manipulator zapewnia pełną elastyczność w zakresie wstępnej regulacji ultradźwięków, umożliwiając łatwą i bezpieczną pracę na małej powierzchni. Potencjalnie może być również wykorzystywany do manipulowania innymi urządzeniami medycznymi. Aby rozpocząć, użyj plików STL znajdujących się w materiałach uzupełniających do tego artykułu i wydrukuj wszystkie linki, a efektor jest pokazany tutaj.Drukuj przy użyciu ABS PLA lub nylonu za pomocą własnej drukarki 3D lub usługi drukowania 3D. Użyj również nylonu, aby wydrukować wszystkie wymagane dodatkowe elementy pokazane tutaj. W razie potrzeby usuń wszelkie materiały pomocnicze pozostałe po druku 3D i wypoleruj wszystkie wydrukowane części plastikowe za pomocą narzędzi do polerowania.Przymocuj 20-zębowe koła zębate czołowe do czterech małych motoreduktorów krokowych. Następnie umieść silniki krokowe w górskich wnękach ogniwa zero i zamontuj je za pomocą. Następnie umieść dwa łożyska o średnicy zewnętrznej 37 milimetrów w obudowach łożysk ogniwa zero.Następnie przymocuj 120-zębowe koło zębate czołowe typu A do klucza sześciokątnego pierwszego ogniwa. Teraz włóż wałek na łączniku pierwszym do otworu wału na ogniwie zero z czterema małymi napędzającymi kołami zębatymi czołowymi i włączonym dużym napędzanym kołem zębatym czołowym. Następnie zamontuj kołnierz wału, aby zabezpieczyć i utrzymać wał.Przymocuj 20 zębów kół zębatych czołowych do kolejnych czterech małych motoreduktorów krokowych. Następnie umieść silniki krokowe we wnękach montażowych ogniwa pierwszego i zamontuj je za pomocą. Następnie przymocuj dwa 120-zębne koła zębate czołowe typu B do łożysk o średnicy zewnętrznej 237 milimetrów.Umieść je we wnękach przekładni pierwszego ogniwa, podczas gdy 120-zębowe koło zębate czołowe typu B jest sprzężone z 20-zębnymi kołami zębatymi czołowymi zamontowanymi na silnikach. Odkręć i ponownie przykręć silnik, jeśli to konieczne, aby umożliwić łatwe ustawienie dwóch 120-zębowych kół zębatych czołowych typu B. Ustaw koła zębate na miejscu, wyrównaj łącznik pierwszy i łącznik drugi, a następnie włóż łożysko i gruszki sprężyny kulkowej do otworów sprzęgła w ogniwie drugim.Gdy dwie okrągłe osłony sprzęgła są wyrównane i wciskają sprężynę do mechanizmu sprzęgła w celu wstępnego obciążenia, włóż M6 w otwory łącznika pierwszego i drugiego. Na koniec obróć zespół na drugą stronę i powtórz kroki 4.3 dla tej strony. Zabezpiecz zespół, przykręcając nakrętkę do M6.Przymocuj 20 kół zębatych czołowych do dwóch kolejnych małych motoreduktorów krokowych, a następnie umieść silniki krokowe we wnękach montażowych ogniwa drugiego i zamontuj je za pomocą. Następnie umieść łożysko o średnicy zewnętrznej 37 milimetrów w obudowie łożyska 120-zębowego koła zębatego czołowego typu c. Umieść również łożysko o średnicy zewnętrznej 32 milimetrów w obudowie łożyska ogniwa trzeciego.Przymocuj duże koło zębate czołowe w sześciokątnej dziurce od klucza w ogniwie trzecim, w razie potrzeby używając dodatkowych. Następnie, gdy małe i duże koła zębate czołowe są włączone, włóż wał na drugim ogniwie do Burów na dużym kole zębatym czołowym i połącz trzy. Umieść dwa małe motoreduktory krokowe we wnękach montażowych Linka trzeciego i zamontuj je za pomocą.Następnie umieść łożyska o średnicy zewnętrznej 8 milimetrów w obudowach łożysk ogniwa czwartego. Zamontuj przekładnię czołową o długości 20 zębów na dwóch małych silnikach krokowych. Umieść napędzane 140 14. koło zębate stożkowe na wytłoczeniu czwartego.Przymocuj 18-zębowe koła zębate stożkowe do dwóch małych motoreduktorów krokowych. Następnie umieść silniki krokowe we wnękach montażowych ogniwa czwartego i zamontuj je za pomocą. Na koniec włóż wałek M5 do otworu wału ogniwa trzeciego i ogniwa czwartego, po wyrównaniu dwóch ogniw.Upewnij się, że wbudowane napędzane konstrukcje piwa na połączeniu czterech zapałek z 20-zębową przekładnią czołową. Na koniec włóż efektor końcowy do rowka wpustowego dużego koła zębatego stożkowego, a następnie ustaw pionowo efektor końcowy z przykręconym do niego kolorem efektora końcowego. Zamontowany tutaj manipulator robotyczny posiada pięć specjalnie ukształtowanych ogniw oraz pięć przegubów revolut do przesuwania, trzymania i miejscowego przechylania sondy amerykańskiej.Sondę można obracać osiowo pod dowolnym kątem. Nachylony w celu podążania za kątem powierzchni od zera stopni do 110 stopni do poziomu w dowolnym kierunku. I umieszczony w okręgu o średnicy 360 milimetrów.Duży zakres pozycji sondy można osiągnąć przy niewielkich ruchach pozostałego globalnego mechanizmu pozycjonowania, w przypadku korzystania z proponowanego zrobotyzowanego manipulatora amerykańskiego. Tutaj symulacja pokazuje robota w pozycjach wokół fantomu na brzuchu, pokazując, że jest w stanie sięgać po obie strony brzucha i szereg pozycji na górze. Wykonując te czynności, należy pamiętać, że biegi napędowe i napędowe muszą być prawidłowo włączone, aby mechanizm działał.Po tej procedurze możemy zmontować oryginalny projekt manipulatora robotycznego, który może być potencjalnie przekształcony w solidny do trzymania i pozycjonowania innych urządzeń chirurgicznych w jamie brzusznej. Korzystając z proponowanego manipulatora, naukowcy mają teraz lekkie urządzenie do badania potencjalnych zastosowań klinicznych robotycznej technologii ultrasonograficznej oraz do eksperymentowania z różnymi autorskimi trybami w celu poprawy wyników diagnostycznych.

design-implementation-bespoke-robotic-manipulator-for-extra-corporeal

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Ten artykuł opisuje projektowanie i produkcję miękkiego urządzenia do manipulatorów chirurgicznych. Moduł podstawowy zawiera trzy elastyczne siłowniki hydrauliczne do uzyskiwania wielokierunkowego gięcia i wydłużania oraz mechanizm oparty na granulowanym zakleszczaniu, który umożliwia kontrolę sztywności. Podano również pełną charakterystykę mechaniczną.

Projekt i wykonanie jednostki elastomerowej dla miękkich robotów modułowych w chirurgii małoinwazyjnej

Ten protokół opisuje podejście oparte na prętach, łączące techniki druku 3D i miękkiej litografii do produkcji miękkich chwytaków. Takie podejście eliminuje potrzebę zewnętrznego źródła powietrza poprzez włączenie elementu komory i zmniejsza ryzyko niedrożności podczas procesu uszczelniania, szczególnie w przypadku zminiaturyzowanych kanałów pneumatycznych.

Oparta na prętach produkcja konfigurowalnych miękkich robotycznych pneumatycznych chwytaków do delikatnej manipulacji tkankami

Rozwój nowych sond ultradźwiękowych (US) opartych na technologii pojemnościowego mikroobrabianego przetwornika ultradźwiękowego (CMUT) wymaga wczesnej realistycznej oceny możliwości obrazowania. Opisujemy powtarzalny protokół eksperymentalny do pozyskiwania obrazów w USA i porównywania ich z obrazami rezonansu magnetycznego, wykorzystując mózg bydlęcy ex vivo jako cel obrazowania.

Eksperymentalny protokół oceny wydajności nowych sond ultradźwiękowych opartych na technologii CMUT w zastosowaniu do obrazowania mózgu

Obrazowanie ultrasonograficzne 3D (3DUS) umożliwia szybką i tanią morfometrię tkanek mięśniowo-szkieletowych. Przedstawiamy protokół pomiaru objętości mięśni i długości pęczków za pomocą 3DUS.

Obrazowanie ultrasonograficzne 3D: szybka i opłacalna morfometria tkanki mięśniowo-szkieletowej

Tutaj prezentujemy robotyczne podejście do enukleacji insulinoma w głowie trzustki.

Zrobotyzowane wyłuszczenie insulinoma wewnątrztrzustkowego w głowie trzustki

Bariera krew-mózg (BBB) może być tymczasowo przerwana za pomocą skoncentrowanych ultradźwięków za pośrednictwem mikropęcherzyków (FUS). W tym miejscu opisujemy krok po kroku protokół wysokoprzepustowego otwierania BBB in vivo przy użyciu modułowego systemu FUS dostępnego dla ekspertów niebędących ekspertami w dziedzinie ultrasonografii.

Wysokoprzepustowy, sterowany obrazem stereotaktyczny neuronawigacja i skoncentrowany system ultrasonograficzny do otwierania bariery krew-mózg u gryzoni

Ten protokół demonstruje ultrasonografię robotyczną (US) jako praktyczną, opłacalną i szybką alternatywę dla tradycyjnych, nieinwazyjnych metod obrazowania.

Zastosowanie zrobotyzowanego ultrasonografu 3D do analizy in vivo nerek myszy

Zdalnie sterowane, wspomagane przez system robota, przezskórne przezbiodrowo-krzyżowe mocowanie śrubowe jest wykonalną techniką. Kanały śrubowe mogą być realizowane z dużą dokładnością dzięki doskonałej swobodzie ruchów i stabilności ramion robota.

Zdalnie sterowana, wspomagana przez system robotyczny, przezskórna technika przezbiodrowo-krzyżowego mocowania śrubowego

Tutaj prezentujemy krok po kroku protokół robotycznej konserwacji dystalnej śledziony, z zachowaniem i bez zachowania naczyń śledziony (tj. techniki Kimury i Warshawa, odpowiednio).

Zrobotyzowana pankreatektomia dystalna zachowująca śledzionę: techniki Warshawa i Kimury

Ten protokół wprowadza elastyczną, nadającą się do noszenia nadliczbową kończynę robotyczną, dostosowaną do pomocy w rehabilitacji palców u pacjentów po udarze. Konstrukcja zawiera czujnik zginania, który ułatwia bezproblemową interakcję człowiek-robot. Walidacja poprzez eksperymenty z udziałem zarówno zdrowych ochotników, jak i pacjentów po udarze podkreśla skuteczność i niezawodność proponowanego badania.

Elastyczna nadliczbowa kończyna robotyczna do noszenia dla pacjentów z przewlekłym udarem mózgu

Poznaj konstrukcję dedykowanego manipulatora robotycznego do ultrasonografii pozaustrojowej z pięcioma stopniami swobody i lekkimi elementami drukowanymi w 3D. To rozwiązanie zwiększa bezpieczeństwo diagnostyki i zmniejsza ryzyko urazów powtarzalnych u personelu medycznego.

Zaprojektowanie i wykonanie dedykowanego manipulatora robotycznego do ultrasonografii pozaustrojowej

Przeglądaj więcej filmów