Construir um Robotic estereotáxica Instrumento Open-source

O objetivo geral deste procedimento é expandir a acessibilidade e a flexibilidade da neurocirurgia robótica de roedores, fornecendo aos pesquisadores planos para construir um instrumento estereotáxico robótico flexível, barato e de código aberto, bem como o software necessário para projetar e compartilhar cirurgias. Isso é feito primeiro usinando e montando um instrumento estereotáxico controlado por computador numérico. O segundo passo é determinar a taxa de escala dos ataques estéreo.

Ao medir a distância estereotáxica percorrida por distância do motor, um percurso será gerado automaticamente a partir das coordenadas do crânio e será exportado para o código G. A etapa final é testar as cirurgias usando crânios da espécie animal. Ele é projetado para cirurgia deve ser modificado de acordo com os resultados do teste.

Em última análise, o instrumento estereotáxico pode ser usado para realizar e compartilhar rapidamente a neurocirurgia de roedores vivos. As aplicações atuais incluem, entre outras, craniotomias, crânio fino, janelas e eletrodo ou cânula. Abaixamento Os instrumentos cirúrgicos robóticos podem aumentar a precisão e a replicabilidade da neurocirurgia de roedores.

No entanto, os modelos comerciais podem ser proibitivamente caros. O protocolo a seguir fornece planos para atualizar um ataque estéreo existente para um ataque estéreo motorizado. O código G usado para controlar os motores é de código aberto e pode ser modificado para atender às necessidades altamente específicas dos cirurgiões.

Os scripts MATLAB incluídos ajudarão os primeiros usuários a gerar cirurgias automaticamente usando menus simples de apontar e clicar. Embora apenas algumas cirurgias geradas sejam atualmente suportadas, o robô pode realizar a grande maioria das técnicas de neurocirurgia usadas em modelos animais. As cirurgias robóticas têm muitas vantagens, como a eliminação de variáveis em determinados momentos.

Nos últimos 30 anos, meu laboratório sofreu períodos de baixas taxas de sobrevivência em nossas cirurgias de sobrevivência. Esses são períodos frustrantes devido ao número de variáveis que precisam ser eliminadas uma de cada vez. A cirurgia robótica eliminaria algumas dessas variáveis e simplificaria nosso processo de solução de problemas.

Em geral, promove cirurgias mais consistentes e tempos de recuperação mais rápidos e menos mortes de animais. Comece este procedimento conectando os motores de passo bipolares aos conectores fornecidos com a placa do driver. Conecte o fio verde a A mais, o fio preto a A menos o fio vermelho a B mais e o fio azul a B menos.

Próximo slide. Os acopladores sobre os motores de passo têm o cuidado de alinhar os orifícios de montagem. Em seguida, fixe-os com os parafusos de três cabeças cilíndricas M de 1220 milímetros e certifique-se de que os acopladores estão firmemente fixados aos motores.

Observe que os modelos 3D para os acopladores e o colar não incluem roscas. Os furos rotulados com um tamanho de rosca devem ser rosqueados após serem fabricados. Depois disso, remova os parafusos de fixação das alças de polegar em todos os três eixos do instrumento estereotáxico usando uma pequena chave sextavada.

As alças de polegar são rosqueadas, então gire-as no sentido anti-horário para remoção enquanto mantém as arruelas de PTFE no lugar no braço. Em seguida, aparafuse a extremidade rosqueada dos colares nas hastes roscadas dos braços dos instrumentos estereotáxicos, certifique-se de que não haja espaço entre as cores e os anéis P-T-F-E-O. Isso garante que as coordenadas sejam mantidas quando o robô muda de direção.

Em seguida, prenda os colares nas roscas dos braços estereotáxicos usando três parafusos de fixação de um quarto de polegada nf 10 32 copos. Deslize cada motor e acoplador sobre os colares e braços estereotáxicos. Certifique-se de que os motores estejam nivelados com os braços e que os orifícios dos parafusos de fixação nos colares estejam alinhados com a parte plana dos eixos do motor.

Em seguida, prenda os acopladores aos estereótipos usando os orifícios de montagem e os parafusos de fixação de ponto de corte de seis polegadas NF 10 32 de meia polegada Depois, prenda os colares nos eixos do motor usando parafusos de fixação NF 10 32 de três quartos de polegada. Agora prepare a placa do driver CNC configurando cada um dos controladores de três etapas para meia etapa, o que permite o dobro da resolução da etapa para cada um dos controladores de três etapas. Vire o pino um para a posição ligada, pino dois para a posição desligada, pino três para a posição ligada, pino quatro para a posição desligada, pino cinco para a posição ligada e pino seis para a posição desligada.

Conecte os motores x, y e Z no driver do motor de passo junto com a fonte de alimentação de 12 volts. Em seguida, conecte o driver de passo a uma porta serial do computador usando um cabo DB 25. Agora abra o software de fresagem CNC para iniciar a configuração da comunicação dos motores de passo.

Observe que as instruções a seguir devem ser usadas apenas com um driver de motor de passo TB 6 5 6 0. Clique em config, depois em portas e sinais de saída. Preencha o prompt e clique em aplicar.

Em seguida, clique em portas e pinos de configuração e sinais de entrada. Preencha o prompt e clique em aplicar. Em seguida, clique em config.

Em seguida, portas, pinos e saídas do motor. Preencha o prompt e clique em aplicar. Depois disso, clique em configuração e ajuste do motor.

Preencha o prompt e clique em salvar configurações do eixo e repita essas etapas para todos os três AEs usando os mesmos valores. Em seguida, calibre os estereótipos para a escala do software CNC, definindo a velocidade do motor para uma polegada por minuto e desloque o eixo Z dos instrumentos estereotáxicos com a página para cima até o milímetro mais próximo, zere o eixo Z e desloque o instrumento estereotáxico um milímetro. A distância percorrida no eixo Z em Mach três é a constante de escala.

Depois de realizar testes aleatórios de todos os três eixos, programando-os para percorrer algumas distâncias conhecidas para garantir que os movimentos sejam precisos, conecte a furadeira micromotora ao instrumento estereotáxico usando o suporte da sonda extra grande. Primeiro coloque todos os scripts personalizados da tabela de software em uma única pasta em um PC. Em seguida, abra o script craniotomia de borda afiada M e execute o código.

Selecione ambos no prompt. Que tipo de cirurgia você realizará? Posteriormente, selecione personalizado para definir os cantos da janela do crânio, defina as posições x e Y dos cantos da craniotomia.

Cada coordenada deve ser inserida na ordem correta Depois de preencher o formulário, clique em OK. Em seguida, insira três no prompt para produzir três buracos de crânio. Em seguida, selecione definir usando coordenadas e insira as coordenadas de cada furo no modelo.

Depois disso, defina os parâmetros de perfuração para a primeira cirurgia de teste. Aceite os valores padrão. Nomeie o código G.

Ele será gerado automaticamente e salvo no diretório de trabalho. Carregue o código G no software de fresagem CNC e um crânio de teste nos instrumentos estereotáxicos. As barras auriculares jarram manualmente o torema da broca usando as teclas de seta do teclado, use uma velocidade lenta para garantir a precisão.

Agora inicie a furadeira micro motor e ajuste a discagem rápida no controlador de perfuração para 50.000 RPM. Pressione o início do ciclo. Os ataques estéreo executarão muitas passagens do mesmo corte em diferentes profundidades entre cada passagem.

Os ataques estéreo serão pausados para que o cirurgião possa continuar ou abortar. Corte. Pressione continuar o ciclo para continuar cortando as passagens. Aqui está um crânio mostrando o resultado final da execução da cirurgia projetada anteriormente, e este crânio mostra um parafuso de crânio inserido em um orifício.

Produzido o tamanho das brocas determinará o furo, o diâmetro e, conseqüentemente, o tamanho do parafuso. Esta figura mostra o crânio contendo uma janela fina do crânio indicada pelas setas. Observe que no painel direito, a luz parece penetrar na janela fina do crânio.

Dispositivos cirúrgicos uniformemente robóticos podem ajudar a resolver alguns dos problemas mais comuns na neurociência hoje. Primeiro, os caminhos da ferramenta são 100% reproduzíveis. Em segundo lugar, pode reduzir experimentos ou erros.

Terceiro, os dispositivos cirúrgicos motorizados podem reduzir o número de animais necessários para realizar um experimento e, finalmente, são mais precisos e exatos do que a mão humana. Incluímos um software personalizado que permite aos pesquisadores gerar automaticamente cirurgias simples. É importante lembrar que os ataques estéreo motorizados não são limitados por este software.

Os pesquisadores podem codificar caminhos de ferramentas complexas para melhor se adequar às suas neurocirurgias exclusivas. Ainda assim, a precisão do robô depende da usinagem de qualidade, configuração adequada e compreensão adequada de como uma máquina CNC opera. Desde que os pesquisadores estejam dispostos a dedicar um tempo para entender o funcionamento desse instrumento estereotáxico motorizado, eles podem realizar cirurgias com mais precisão, melhor replicabilidade e menos treinamento.

No geral, a cirurgia automatizada oferece muitos benefícios. Existem estereotáxicas motorizadas. Eles estão disponíveis comercialmente, mas são extremamente caros.

O sistema que Kevin e David montaram aqui é da mesma alta qualidade, mas por um custo muito baixo, e eles estão disponibilizando o software e o sistema gratuitamente para toda a comunidade de pesquisa.