Строительство с открытым исходным кодом Robotic стереотаксического прибора

Общая цель этой процедуры заключается в том, чтобы расширить доступность и гибкость роботизированной нейрохирургии грызунов путем предоставления исследователям планов по созданию гибкого, недорогого и открытого роботизированного стереотаксического инструмента, а также программного обеспечения, необходимого для разработки и обмена операциями. Это достигается путем предварительной механической обработки и сборки стереотаксического прибора с числовым программным управлением. Вторым шагом является определение коэффициента масштабирования стереоатак.

При измерении стереотаксического расстояния, пройденного за одно расстояние от двигателя, траектория инструмента будет автоматически сгенерирована из координат черепа и экспортирована в G-код. Заключительным этапом является тестирование операций с использованием черепов животных. Он предназначен для хирургического вмешательства и должен быть модифицирован в соответствии с результатами теста.

В конечном счете, стереотаксический инструмент может быть использован для быстрого выполнения и совместного использования нейрохирургии на живых грызунах. В настоящее время применяются краниотомия, тонкий череп, окна, электроды или канюли. Роботизированные хирургические инструменты могут повысить точность и воспроизводимость нейрохирургии грызунов.

Однако коммерческие модели могут быть непомерно дорогими. Следующий протокол предоставляет планы по модернизации существующих стереоатак до моторизованных стереоатак. Код G, используемый для управления моторами, имеет открытый исходный код и может быть изменен в соответствии с узкоспециализированными потребностями хирургов.

Входящие в комплект скрипты MATLAB помогут ранним пользователям автоматически генерировать операции с помощью простых меню типа «укажи и щелкни». Несмотря на то, что в настоящее время поддерживаются лишь некоторые сгенерированные операции, робот может выполнять подавляющее большинство нейрохирургических методов, используемых на животных моделях. Роботизированные операции имеют много преимуществ, таких как устранение переменных в определенное время.

За последние 30 лет моя лаборатория переживала периоды низкой выживаемости в наших операциях по выживанию. Это разочаровывающие периоды из-за количества переменных, которые необходимо устранять по одной. Роботизированная хирургия устранила бы некоторые из этих переменных и упростила бы процесс устранения неполадок.

В целом, это способствует более последовательным операциям и более быстрому восстановлению и меньшему количеству смертей животных. Начните эту процедуру с подключения биполярных шаговых двигателей к разъемам, входящим в комплект поставки платы драйвера. Подключите зеленый провод к плюсу А, черный провод к А минус, красный провод к В плюс и синий провод к В минус.

Следующий слайд. Муфты над шаговыми двигателями тщательно выравнивают монтажные отверстия. Затем закрепите их с помощью винтов с трехторцевой головкой диаметром 1220 мм и убедитесь, что муфты надежно прикреплены к двигателям.

Обратите внимание, что 3D-модели муфт и хомута не включают резьбу. Отверстия с маркировкой размера резьбы должны быть нарезаны резьбой после их изготовления. После этого открутите установочные винты с хватов для большого пальца по всем трем осям стереотаксического инструмента с помощью небольшого шестигранного ключа.

Рукоятки для большого пальца имеют резьбу, поэтому поверните их против часовой стрелки для снятия, удерживая шайбы из ПТФЭ на руке. Затем накрутите резьбовой конец хомутов на резьбовые стержни стереотаксических рычагов инструментов, убедитесь, что между цветами и кольцами P-T-F-E-O нет зазора. Это гарантирует, что координаты сохраняются, когда робот меняет направление.

Затем закрепите хомуты на резьбе стереотаксических рычагов с помощью трех установочных винтов размером в четверть дюйма nf 10 32 чашки. Наденьте каждый двигатель и муфту на хомуты и стереотаксические рычаги. Убедитесь, что двигатели расположены заподлицо с рычагами, а отверстия для установочных винтов на кольцах совпадают с плоской частью валов двигателя.

Затем закрепите муфты на стереотипах с помощью монтажных отверстий и шести полудюймовых установочных винтов NF 10 32 После этого закрепите манжеты на валах двигателя с помощью трех четвертей дюйма NF 10 32 установочных винтов. Теперь подготовьте плату драйвера ЧПУ, установив каждый из трех шаговых контроллеров на половину шага, что позволяет удвоить разрешение шага для каждого из трех шаговых контроллеров. Переверните контакт один к контакту во включенном положении два к контакту в выключенном положении, третий к контакту в четвертом положении в выключенном положении, пятый контакт в положении включено и шестой контакт в выключенном положении.

Подключите двигатели x, y и z к драйверу шагового двигателя вместе с источником питания 12 вольт. Затем подключите драйвер шагового элемента к последовательному порту компьютера с помощью кабеля DB 25. Теперь откройте программное обеспечение для фрезерования с ЧПУ, чтобы начать настройку для связи с шаговыми двигателями.

Обратите внимание, что следующие инструкции предназначены для использования только с драйвером шагового двигателя TB 6 5 6 0. Нажмите конфигурацию, затем порты и выходные сигналы. Заполните подсказку и нажмите «Применить».

Затем нажмите «Конфигурировать порты и контакты» и «Входные сигналы». Заполните подсказку и нажмите «Применить». Далее нажмите конфиг.

Затем порты, контакты и моторные выходы. Заполните подсказку и нажмите «Применить». После этого нажмите конфиг и тюнинг мотора.

Заполните командную строку, нажмите кнопку Сохранить настройки оси и повторите эти шаги для всех трех AE, используя те же значения. Затем откалибруйте стереотипы в соответствии со шкалой программного обеспечения ЧПУ, установив скорость двигателя на один дюйм в минуту, и переместите толчковой подачей по оси Z стереотаксических инструментов страницей вверх вниз с точностью до ближайшего миллиметра, обнулите ось Z и переместите стереотаксический инструмент толчковой подачей на один миллиметр. Расстояние, пройденное по оси Z в трех Махах, является постоянной масштабирования.

После выполнения выборочных тестов всех трех осей, запрограммировав их на преодоление некоторых известных расстояний, чтобы убедиться в точности движений, прикрепите микромоторную дрель к стереотаксическому инструменту с помощью очень большого держателя щупа. Сначала поместите все пользовательские скрипты из таблицы программного обеспечения в одну папку на компьютере. Затем откройте скрипт трепанации черепа с острым краем М и запустите код.

Выберите оба варианта в командной строке. Какой тип операции вы будете проводить? Затем выберите пользовательский, чтобы определить углы окна черепа, определить положения x и Y углов краниотомии.

Каждая координата должна быть введена в правильном порядке После заполнения формы нажмите OK. Затем введите три в подсказку, чтобы получить три отверстия в черепе. Затем выберите «Определить с помощью координат» и введите координаты каждого отверстия из шаблона.

После этого определите параметры сверления для первой тестовой операции. Примите значения по умолчанию. Назовите G-код.

Он будет автоматически сгенерирован и сохранен в рабочей директории. Загрузите G-код в программное обеспечение для фрезерования с ЧПУ и тестовый череп в стереотаксические инструменты. Ушные планки вручную вдавливайте сверло торема с помощью клавиш со стрелками на клавиатуре, используйте медленную скорость толчковой толчковой подачей для обеспечения точности.

Теперь запустите дрель с микромотором и установите регулятор скорости на контроллере дрели на 50 000 об/мин. Нажмите на кнопку запуска цикла. Стереоатаки будут выполнять множество проходов одного и того же сечения на разной глубине между каждым проходом.

Стереоатаки будут приостановлены, чтобы хирург мог продолжить или прервать операцию. Режущий. Нажмите и продолжайте цикл резки для продолжения проходов резки. Вот череп, показывающий конечный результат проведения ранее разработанной операции, и этот череп показывает винт для черепа, вставленный в отверстие.

Размер изготовленных сверл будет определять отверстие, диаметр и, следовательно, размер шурупа. На этом рисунке показан череп с тонким окошком черепа, обозначенным стрелками. Обратите внимание, что на правой панели свет как будто проникает через тонкое окошко в виде черепа.

Роботизированные хирургические устройства могут помочь решить некоторые из наиболее распространенных проблем в нейробиологии на сегодняшний день. Во-первых, траектории движения инструмента на 100% воспроизводимы. Во-вторых, это может уменьшить количество экспериментов или ошибок.

В-третьих, моторизованные хирургические устройства могут сократить количество животных, необходимых для проведения эксперимента, и, наконец, они более точны и аккуратны, чем человеческая рука. Мы включили специальное программное обеспечение, которое позволяет исследователям автоматически создавать простые операции. Важно помнить, что моторизованные стереоатаки не ограничены этим программным обеспечением.

Исследователи могут программировать сложные траектории инструментов, чтобы наилучшим образом соответствовать их уникальным нейрохирургическим операциям. Тем не менее, точность робота зависит от качественной обработки, правильной настройки и правильного понимания того, как работает станок с ЧПУ. До тех пор, пока исследователи готовы потратить время на то, чтобы понять функционирование этого моторизованного стереотаксического инструмента, они могут выполнять операции более точно, с лучшей воспроизводимостью и меньшим обучением.

В целом, автоматизированная хирургия дает много преимуществ. Существует моторизованная стереотактика. Они коммерчески доступны, но стоят очень дорого.

Система, которую Кевин и Дэвид собрали здесь, такого же высокого качества, но за очень низкую стоимость, и они делают программное обеспечение и систему свободно доступными для всего исследовательского сообщества.