Summary
هذه الورقة بتقديم تصميم وتنفيذ مناور الروبوتية مفصل لفحص مادية خارجة عن الموجات فوق الصوتية. ويضم النظام خمس درجات من الحرية مع المفاصل خفيفة الوزن 3D الطباعة ومخلب ميكانيكية لإدارة السلامة.
Abstract
مع إمكانية عالية الدقة والبراعة والتكرار، يمكن أن تستخدم نظام روبوتية ذاتية متعقبة لمساعدة الحصول على الموجات فوق الصوتية في الوقت الحقيقي. ومع ذلك، بإعداد محدودة من الروبوتات المصممة لمادية خارجة عن الموجات فوق الصوتية قد ترجمت بنجاح إلى الاستخدام السريري. في هذه الدراسة، ونحن نهدف إلى بناء مناور روبوتية مفصل للفحص بفائق الصوت خارج مادية، الذي هو وزن خفيف وحجم صغير. الروبوت يتكون من خمس وصلات خصيصا على شكل وآليات مشتركة مصنوعة خصيصا للتلاعب بالتحقيق، تغطية النطاق اللازم للحركة مع درجات الحرية الزائدة عن الحاجة لضمان سلامة المريض. ويشدد على سلامة الميكانيكية مع إليه مخلب، إلى الحد من القوة المطبقة على المرضى. نتيجة لتصميم والوزن الإجمالي المناول أقل من 2 كجم وطول المناور حوالي 25 سم. قد تم تنفيذ التصميم، والمحاكاة، وقد أجريت دراسات الوهمية، والمتطوعين، للتحقق من مدى الحركة، القدرة على إجراء تعديلات دقيقة والموثوقية الميكانيكية، والتشغيل الأمن مخلب. تفاصيل هذه الورقة في تصميم وتنفيذ مناور الروبوتية مفصل بالموجات فوق الصوتية، مع أساليب التصميم والجمعية المصور. يتم عرض نتائج الاختبار إظهار ميزات التصميم والخبرة السريرية لاستخدام النظام. خلص إلى أن مناور الروبوتية المقترح الحالي يفي بالمتطلبات كنظام مفصل للفحص بفائق الصوت خارج مادية ولديها إمكانات كبيرة لأن تترجم إلى الاستخدام السريري.
Introduction
نظام الموجات فوق الصوتية روبوتية خارج مادية (الولايات المتحدة) يشير إلى التكوين الذي يستخدم نظام روبوتية لعقد والتلاعب مسبار أمريكي للامتحانات الخارجية، بما في ذلك استخدامها في تصوير البطن القلب والأوعية الدموية، والتوليد والعامة1 . استخدام هذا النظام الآلي دافع من التحديات التي تواجه عقد يدوياً والتلاعب بتحقيق أميركي، على سبيل المثال، التحدي المتمثل في إيجاد آراء الولايات المتحدة القياسية المطلوبة بموجب بروتوكولات التصوير السريري وخطر إصابات الإجهاد المتكررة2، 4من 3،، وأيضا باحتياجات لنا فحص البرامج، على سبيل المثال، شهدت الشرط sonographers لتكون في الموقع5،6. مع التركيز على وظائف مختلفة والهدف أناتوميس، عدة الروبوتية الولايات المتحدة، كما استعرضت في سابق يعمل1،،من78، أدخلت نظم منذ التسعينات، من أجل تحسين الجوانب المختلفة للولايات المتحدة فحص (مثلاً، تيليوبيريشن مسافات طويلة9،10،،من1112، فضلا عن روبوت-عامل التفاعل والتحكم الآلي)13، 14. بالإضافة إلى نظم الولايات المتحدة الروبوتية المستخدمة لأغراض التشخيص، ركزت الروبوتية عالية الكثافة نظم الموجات فوق الصوتية (هيفو) لأغراض العلاج وقد تم التحقيق على نطاق واسع كما لخصها بريستر et al. 1، مع بعض الأخيرة يعمل15،16 الإبلاغ عن التقدم الأخير.
على الرغم من أن قد وضعت عدة أنظمة روبوتية الولايات المتحدة مع تقنيات موثوقة نسبيا للسيطرة والعملية السريرية، سوى عدد قليل منهم قد ترجمت بنجاح إلى الاستخدام السريري، مثل نظام عن بعد متاحة تجارياً-الموجات فوق الصوتية 17-السبب المحتمل هو انخفاض مستوى القبول للروبوتات تبحث الصناعية كبيرة الحجم تعمل في بيئة سريرية، من وجهة نظر كل من المرضى وسونوجرافيرس. بالإضافة إلى ذلك، لإدارة السلامة، وغالبية الروبوتات الولايات المتحدة القائمة تعتمد على قوة أجهزة استشعار لرصد ومراقبة الضغط التطبيقية للمسبار الأمريكي، بينما آليات السلامة الميكانيكية الأساسية للحد من القوة سلبية لا تتوفر عادة . قد يتسبب هذا أيضا الشواغل عند ترجمة إلى الاستخدام السريري سلامة عمليات الروبوت سيكون بحتة تعتمد على النظم الكهربائية ومنطق البرنامج.
مع التطورات الأخيرة من 3D الطباعة التقنيات، خصيصا على شكل وصلات بلاستيكية مع آليات مشتركة مصنوعة خصيصا يمكن أن توفر فرصة جديدة لتطوير روبوت طبي مفصل. يمكن تحسين مكونات خفيفة الوزن مصممة بعناية مع مظهر مدمجة القبول السريري. روبوت طبي مفصل بهدف ترجمتها إلى الاستخدام السريري خصيصا للنظر في الولايات المتحدة، ينبغي أن يكون الاتفاق، مع ما يكفي من درجات الحرية (DOFs) ومجموعة من الاقتراح لتغطية منطقة مصلحة الفحص؛ على سبيل المثال، البطن السطح، بما في ذلك كل من أعلى وجانبي البطن. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن تتضمن الروبوت أيضا القدرة على إجراء تعديلات دقيقة المسبار الأميركي في منطقة محلية، عند محاولة تحسين طريقة عرض الولايات المتحدة. ويشمل ذلك عادة حركات إمالة للتحقيق داخل نطاق معين، كما اقترح ايسومبا et al. 18 والباسط19. لمواصلة التصدي لشواغل السلامة، فمن المتوقع أن يكون النظام ميزات السلامة الميكانيكية السلبية التي مستقلة عن الأنظمة الكهربائية ومنطق البرنامج.
في هذه الورقة، نقدم تفصيلاً طريقة 5-شعبة الشؤون المالية البارع الروبوتية مناور، الذي يستخدم عنصرا أساسيا في نظام الولايات المتحدة الروبوتية مادية خارجة عن التصميم والجمعية. المناور يتكون من عدة روابط للطباعة 3D خفيفة الوزن ومصنوعة خصيصا آليات مشتركة ومخلب سلامة مدمج. ترتيب معين للمصايد توفر المرونة الكاملة للتعديلات التحقيق، مما يسمح بعمليات سهلة وآمنة في منطقة صغيرة دون الاصطدام مع المريض. المناول المقترح multi-شعبة الشؤون المالية يهدف إلى العمل كما يمكن إرفاق المكون الرئيسي الذي على اتصال بالمرضى، وذلك ببساطة بأي الآلية التقليدية 3-شعبة الشؤون المالية تحديد المواقع العالمية لتشكيل روبوت أميركي كامل مع المصايد نشط بشكل كامل إجراء فحص للولايات المتحدة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-إعداد كل ارتباط، نهاية المستجيب، ومكونات إضافية
- طباعة كافة الارتباطات (ل0، ل1، ل2، ل3ول4) والنهاية-المستجيب كما هو مبين في الشكل 1، مع أكريلونيتريل بيوتادايين ستايرين (ABS) البلاستيكية أو البلاستيك (جيش التحرير الشعبي) حمض اللبنيك أو النايلون، استخدام 3D قابلة للطباعة الخدمة. استخدام. STL الملفات المتوفرة في المواد التكميلية عند الطباعة.
ملاحظة: تغييرات في الشكل والحجم لكل جزء يمكن أن تكون على أساس الملفات المقدمة. يمكن تغيير التشكيل الجانبي الداخلي للغاية-المستجيب لتناسب مختلف الولايات المتحدة تحقيقات. - طباعة كافة المكونات الإضافية المطلوبة كما هو مبين في الشكل 2 في النايلون، استخدام خدمة الطباعة 3D. الرجوع إلى الجدول للمواد للعدد المطلوب من كل مكون. استخدام. STL الملفات المتوفرة في المواد التكميلية عند الطباعة.
- البولندية جميع أجزاء البلاستيك المطبوعة مع تلميع الأدوات إذا لزم الأمر. قم بإزالة أي من المواد الداعمة التي غادرت من 3D الطباعة، إذا لزم الأمر.
ملاحظة: بعض الهياكل في تصميم المستجيب نهاية المقدمة لاستشعار قوة، الذي ليس جزء من البروتوكول ذكرت هنا ولن تستخدم للجمعية العامة. أبلغ عن مفهوم التصميم استشعار القوة في العمل السابق20؛ وهكذا، فإنه لا يشمل في هذه الورقة.
2-الجمعية المشتركة 1
ملاحظة: يستند الجمعية المشتركة 1 (ي1) على الرقم 3.
- مكان المحركات السائر الصغيرة، توجه أربعة (مع 20-أسنان التروس حفز المرفقة) في تجاويف المتصاعدة للأم0 وجبل لهم مع مسامير.
- ضع اثنين 37 ملم OD المحامل في العلب تحمل ل0 وتأمين العتاد حفز 120-الأسنان (النوع A) على المفتاح السداسي للأم1.
- إدراج رمح ل1 في حفرة رمح ل0 مع التروس حفز القيادة الأربعة الصغيرة والكبيرة، مدفوعة حفز والعتاد، وتجميع رمح ذوي الياقات البيضاء لتأمين والإبقاء الرمح.
3-الجمعية المشتركة 2
ملاحظة: يستند الجمعية المشتركة 2 (ي2) الرقم 4.
- ضع موتورز السائر الصغيرة، توجه أربعة (مع 20-أسنان التروس حفز تعلق) في تجاويف المتصاعدة للأم1 وجبل لهم مع مسامير.
- إرفاق التروس حفز 120-أسنان اثنين (نوع B) إلى 37 ملم OD محامل اثنين وموقف لهم في تجاويف والعتاد ل1، مع حفز 120-الأسنان والعتاد (النوع ب) تشارك مع حفز 20-أسنان التروس التي شنت على المحركات. فك وإعادة المسمار المحرك إذا لزم الأمر للسماح لتحديد المواقع سهلة للعتاد حفز نوع ب 120-الأسنان اثنين.
- قم بمحاذاة ل1 ول2 وإدراج حمل وأزواج ربيع الكرة في الثقوب مخلب في ل2. مع اثنان يغطي مخلب جولة محاذاة ودفع الربيع في إليه مخلب للتحميل، إدراج الترباس M6 المملون ل1 ول2.
- تدوير الجمعية إلى الجانب الآخر، ثم كرر الخطوات من 3-3 لهذا الجانب. تأمين الجمعية العامة عن طريق إرفاق الجوز الترباس M6.
4-الجمعية المشتركة 3
ملاحظة: يستند الجمعية المشتركة 3 (ي3) على الرقم 5.
- مكان المحركات السائر الصغيرة، وتوجه اثنان (مع 20-أسنان التروس حفز المرفقة) في تجاويف المتصاعدة للأم2 وجبل لهم مع مسامير.
- ضع OD 37 ملم واضعة في السكن أثر من العتاد حفز 120-الأسنان (النوع C) ثم ضع OD 32 مم واضعة في السكن أثر ل3.
- تأمين العتاد حافز كبير في ثقب المفتاح السداسي ل3 (يمكن استخدام مسامير إضافية إذا لزم الأمر) وإدراج رمح ل2 المملون كبيرة حفز العتاد ول3، مع الصغيرة والتروس حافز كبير تعمل.
5-الجمعية إليه القيادة المشتركة 4
ملاحظة: يستند الجمعية المشتركة 4 (ي4) على الرقم 6.
- ضع موتورز السائر الصغيرة، وتوجه اثنان في تجاويف المتصاعدة ل3 وجبل لهم مع مسامير. ضع المحامل OD 8 مم في العلب تحمل ل4.
- جبل 20-أسنان طويلة والعتاد حفز على المحركات الصغيرة السائر اثنين.
6-الجمعية إليه تحركها المشترك 4 و 5 المشتركة
ملاحظة: الجمعية المشتركة 4 (ي4) يستند إلى الرقم 6 والمشترك 5 (ي5) يستند الرقم 7.
- ضع العتاد شطبه الأسنان 144 مدفوعة إلى بثق ل4.
- ضع موتورز السائر الصغيرة، وتوجه اثنان (مع 18-الأسنان مائل التروس المرفقة) في تجاويف المتصاعدة ل4 وجبل لهم مع مسامير. وأخيراً، إدراج رمح M5 في حفرة رمح ل3 ول4 بعد أن يتم محاذاة الروابط اثنين. ضمان بنيت في هياكل العتاد مدفوعة على ل4 مباريات مع العتاد حفز طويل الأسنان 20.
- إدراج النهاية-المستجيب في مجرى الخابور العتاد شطبه كبيرة وموقف النهاية-المستجيب عمودياً مع ذوي الياقات البيضاء نهاية المستجيب مشدود على أنه.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
بعد على البروتوكول، النظام الناتجة مناور روبوتية مع خمسة روابط خصيصا على شكل (L0 L4) والمفاصل revolute الخمسة (ي1 ي5) للتحرك، وعقد، وآماله محلياً مسبار أمريكي (الشكل 8). المشترك تناوب العلوي (ي1)، مع الآليات والعتاد دفعتها بالمحركات الأربعة، يمكن تدوير الهياكل التالية 360 درجة، للسماح للمسبار الأمريكي نقطة في اتجاه جوانب مختلفة من منطقة المسح الضوئي، مثل أعلى، وأسفل، وجانبي البطن. المشترك إمالة الرئيسية (ي2)، مع الآليات والعتاد دفعتها بأربعة محركات، يستخدم لإمالة استمرار التحقيق معه لمواءمته مع سطح منطقة المسح الضوئي. كهذا المشترك أمر حاسم لإدارة القوة أيضا، وقد أدرجت مخلب ميكانيكية مع الكرات، والينابيع، والثقوب الماسكة. الثلاث الأخيرة متعامد revolute المفاصل (ي3ي4وياء5)، مع الآليات والعتاد دفعتها باثنين لكل منهما، السيارات تستخدم للتحكم تناوب إمالة والمحوري للتحقيق، مما يسمح تعديلات دقيقة للتحقيق في منطقة محلية. كما يسمح المشترك ريفولوتي الماضي، ي5، القيام بالتحقيق الأميركي في نهاية-المستجيب شكل خصيصا. إجمالي وزن وطول مناور الآلية المقترحة، وهو الهيكل الوحيد عادة على رأس جسم المريض، أقل من 2 كجم و 25 سم. تصميم الناجم عن ذلك أن يمكن الوصول إلى مجموعة كبيرة من المواقف التحقيق مع الحركات فقط الصغيرة المتبقية العالمي لتحديد المواقع إليه عند استخدام مناور الولايات المتحدة الآلية المقترحة. إذ تضع في اعتبارها مجرد مناور المقترحة بمفردها، يمكن تدويرها المسبار محوريا لأي زاوية، يميل إلى اتباع سطح الزاوية بين 0 و 110 درجة على الأفقي في أي اتجاه، والمتمركزة داخل دائرة يبلغ قطرها من 360 مم. بالإضافة إلى ذلك، المفاصل revolute ي3 وي4 توفر زاوية إمالة، في اتجاهين، في النطاقات-180 ° إلى 180 ° و-30 ° إلى 45 °، الذي يستخدم للتعديلات الدقيقة المحلية المسبار الأمريكي. النطاقات من حركات وزوايا إمالة تلبية النطاقات المطلوبة للحصول على إطار صوتية مثالية للامتحانات الولايات المتحدة كما اقترح ايسومبا et al. 18 والباسط19. التفاصيل التقنية المناول الروبوطي المقترحة ملخصة في الجدول للمواد (دينافيت-هارتينبيرج معلمات والمواصفات المشتركة)، استناداً إلى تنسيق التعاريف هو موضح في الشكل 8. التكلفة المقدرة لهذا النظام هو 500 جنيه استرليني، استناداً إلى طريقة التصنيع الحالية، والمكونات والمواد.
على سبيل مثال المستخدمة في هذه البحوث، استخدمنا نظام تحديد المواقع عالمي الذي لديه مشترك revolute (ص1) مع إليه سلسلة للتناوب كامل الذراع واثنين-بار القائم على ذراع مجموعة آليات الارتباط الموازي (ص2 وص3) مع دودة العتاد محركات الأقراص (الشكل 9). سوف تعمل هذه الآلية 3-شعبة الشؤون المالية مع مناور المقترحة 5-شعبة الشؤون المالية لتشكيل نظام الولايات المتحدة روبوتية كاملة. على أساس مناور الآلية المقترحة والمثال العالمي لتحديد المواقع الخيار المستخدمة لهذا البحث، الرقم 10 يظهر محاكاة مثال الروبوت في المواقف حول الوهمية البطن، مما يدل على أنها قادرة على الوصول إلى جميع أنحاء كلا الجانبين من البطن ومجموعة من المواقف في الأعلى. يسمح تصميم المفاصل زائدة عن الحاجة في النظام، ولا سيما تكوينات ي1 و2من ي، إمالة المسبار بزوايا كبيرة مع معظم الهياكل الميكانيكية البقاء لا يزال بعيداً عن جسم المريض، كما يمكن أن يلاحظ في الرقم 10. ونتيجة لذلك، مع الثلاثة الأخيرة المفاصل (ي3وي4ي5) المحدد لتدوير ضمن نطاقات محدودة لتعديلات إمالة غرامة، وهو تجنب الاصطدام بين الأجزاء المتحركة من الروبوت وجسم المريض.
مع الإلكترونيات ونظام التحكم في المحركات السائر التقليدية المتقدمة، تم إجراء تجارب لاختبار قوة الإخراج والتحقق من صحة النطاق المتوقع للحركة. وحدة التحكم الحالية مربع مع ميكروكنترولر وسائقو السيارات السائر، وإمدادات الطاقة والمنظمين، والمكونات الإلكترونية الداعمة الأخرى المدرجة. الحجم الكلي لمربع عنصر التحكم هو طولها 40 سم، 23 سم و 12 سم عمق. استناداً إلى التجارب المتكررة للنظام، يتم تعيين القوة القصوى التي مناور الروبوتية يمكن أن تمارس حاليا إلى 27 ن قبل تشغيل مخلب السلامة الميكانيكية، تحديد الإخراج فرض نطاق النظام المقترح أن يكون 0-27 أ. مع تكوين مخلب الميكانيكية، التحقق من التجارب المتكررة أنه في الوضع الافتراضي، عندما تشارك مخلب، الكرات جزئيا في الثقوب الماسكة للأم1. ولذلك، تحفيز حركة التروس حفز مدفوعة، كبير ل2. ومع ذلك، عندما يمارس القوة المفرطة في النهاية-المستجيب، مخلب هو فض الاشتباك، مع الكرات تتحرك من الثقوب الماسكة للأم1.
نطاق الحركة لكل مشترك في الجدول للمواد أيضا مرارا وتكرارا اختبارها والتحقق من صحتها. تم اختبارها بشكل مكثف على فانتوم الجنين عمل مناور الروبوتية موثوق بها على مدى فترة طويلة من الزمن والتحقق منها بشكل مستمر مع البطن بالأشعة للمتطوعين صحية داخلية (الشكل 11). تمت الموافقة على الدراسة من لجنة الأخلاقيات المحلية. وحتى الآن، 20 فحص المتطوعين للامتحانات العامة البطن بالموجات فوق الصوتية باستخدام مناور الروبوتية قد أجريت بنجاح مع مراقبة البرامج الأساسية الروبوت، أساسا لتقييم مدى الموثوقية وإمكانية التصميم الميكانيكي. تبين من خلال الدراسات الوهمية والمتطوعين أن التصميم الحالي المناول الروبوتية يمكن أن تصل إلى نطاق الحركة المطلوبة في القوة المطلوبة، ويوفر ما يكفي تعديل غرامة للحصول على صور مماثلة لعملية يدوية للولايات المتحدة مسبار لتصوير البطن. لجميع عمليات المسح هذه، أبلغ لا مخاوف تتعلق بالسلامة أو مشاعر عدم الارتياح من المتطوعين. تم التحقق من اختيار المحركات، نسب الميكانيكية للآليات، ومستويات السلطة بأنها ضمان حركة موثوق بها للتحقيق في جسم المريض، بينما في الوقت نفسه أدى إلى انزلاق إذا كان يتم إنشاء قوات اكسسيسيد. سيتم تقديم مزيد من التفاصيل عن هذه الدراسة الجارية المتطوعين والأدلة السريرية لاستخدام الروبوت بشكل منفصل.
رقم 1: التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) رسم كافة الارتباطات (ل0، ل1،ل2، ل3ول4) والنهاية-المستجيب. يظهر الشكل لكل ارتباط للرجوع إليها عند 3D الطباعة باستخدام في المقدمة. ملفات STL. النهاية-المستجيب يتضح مع تحقيق أميركي المدرجة في الجمعية العامة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: رسم من المكونات الإضافية المطلوبة CAD. يظهر الشكل لكل مكون للرجوع إليها عند 3D الطباعة باستخدام في المقدمة. ملفات STL. المكونات تشمل حفز وشطبه التروس بأحجام مختلفة وطوق رمح وغطاء مخلب وطوق المستجيب نهاية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: تعليمات الجمعية العامة لي1- تظهر الروابط المطلوبة والمحركات والتروس، والمحامل، مع بعض الهياكل التي تغيرت إلى الشفافية لتوضيح الجمعية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: تعليمات الجمعية العامة لي2- تظهر الروابط المطلوبة والمحركات والتروس، أزواج الكرة والربيع، ومحامل، مع بعض الهياكل التي تغيرت إلى الشفافية لتوضيح الجمعية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 5: تعليمات الجمعية العامة لي3- تظهر الروابط المطلوبة والمحركات والتروس، والمحامل مع اثنين من وجهات النظر منظور لتوضيح الجمعية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 6: تعليمات الجمعية العامة لي4. تظهر الروابط المطلوبة والمحركات والتروس، والمحامل، مع إليه4 ي المجتمعين أشارت إلى. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 7: تعليمات الجمعية العامة لي5. وترد الارتباط المطلوبة والمستجيب نهاية والمحركات والتروس، مع بعض الهياكل التي تغيرت إلى الشفافية لتوضيح الجمعية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 8: ملخص مناور الروبوتية المقترحة 5-شعبة الشؤون المالية مع النهاية-المستجيب إجراء تحقيق أمريكي- يتم الإشارة إلى تعريف تنسيق لكل مشترك، والحجم الكلي المناول المجمعة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 9: CAD الرسم في المثال العالمي لتحديد المواقع الجهاز- يتم استخدام هذا الجهاز القائم على الذراع للعمل مع مناور الآلية المقترحة للاختبار. وترد الرموز والأبعاد الرئيسية في الرسم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 10: المحاكاة الحركية لأربعة مواقف المسح مختلفة حول الوهمية. وهذا يدل على مجموعة كافية من الحركة لمسح البطن الولايات المتحدة نموذجية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 11: نفذت الروبوت الأميركي استخدام بروتوكول وصف. () مناور الروبوتية مع المثال العالمي لتحديد المواقع إليه. (ب) استخدام السريرية المناول الآلية المقترحة في منطقة البطن المريض. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
"الجدول للمواد": التفاصيل التقنية لمناور الآلية المقترحة، بما في ذلك دينافيت - هارتينبيرج المعلمات والمواصفات المشتركة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
ملفات تكميلية. ملفات ثلاثية الأبعاد للطباعة STL. اضغط هنا لتحميل هذا الملف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
خلافا للعديد من غيرها الروبوتات الصناعية التي ترجمت إلى التطبيقات الطبية، مناور الآلية المقترحة المبينة في البروتوكول تم تصميمه خصيصا للامتحانات الأمريكية وفقا للمتطلبات السريرية لنطاق الحركة، تطبيق القوة، وإدارة السلامة. وقد مناور الروبوتية خفيفة الوزن نفسه مجموعة واسعة من الحركات كافية لمعظم مادية خارج الولايات المتحدة المسح الضوئي، دون حاجة إلى تحركات واسعة لآلية تحديد المواقع العالمية. كهيكل الميكانيكية الأقرب للمريض، تتشكل الروابط المقترحة أيضا خصيصا يكون بعيداً عن المريض. مع معظم المصايد جزءا لا يتجزأ في مناور مدمجة، الروبوتية الولايات المتحدة المسح الضوئي باستخدام هذا الجهاز يمكن أن يتم بطريقة بديهية مشابهة للعملية الإنسان دون الضرورة لتحتل مساحة كبيرة. وبسبب كل هذه الميزات، فإننا نتوقع أن ينتج النظام التالية البروتوكول يمكن أن تحظى بالقبول من الأطباء والمرضى، والتي يجري التحقق من صحة مع الدراسة الجارية المتطوعين. مع مناور الآلية المقترحة، يمكن أن تستخدم مختلف البنى التقليدية لتحديد المواقع العالمية استناداً إلى شرط معين، مثل الهزال أو سقف تركيب التصاميم. جهاز تحديد المواقع عالمية مثال استخدمت في هذه الورقة لتمكين اختبارات مناور الآلية المقترحة.
البروتوكول الحالي يوحي بأنه يمكن طباعة كافة الارتباطات باستخدام القيمة المطلقة أو من جيش التحرير الشعبي الصيني البلاستيك أو النايلون، استناداً إلى توافر خدمة 3D الطباعة المحلية، بينما استخدام النايلون يطبع المفضل بشكل عام نظراً للقوة المادية للنايلون. الأهم من ذلك، كما ورد في البروتوكول، ينبغي أن تطبع المكونات الإضافية، لا سيما التروس، مع النايلون أو مادة قوية أخرى لضمان موثوقية النظام. كما يتم إدخال مواد الطباعة 3D جديدة، يمكن تغيير استخدام المواد. يستخدم البروتوكول الحالي المستجيب نهاية مصممة خصيصا لإجراء تحقيق خاص في الولايات المتحدة، مع الشكل الثلاثي الأبعاد للتحقيق فحص بالأشعة المقطعية نظام التصوير بمساعدة تصميم الشخصية الداخلية من النهاية-المستجيب. عندما يتم استخدام المناور مع الآخر الولايات المتحدة يسبر بأشكال مختلفة، من المهم التأكد من أن تصميم الشخصية الداخلية من النهاية-المستجيب لأحكام مطابقة مع التشكيل الجانبي الخارجي المسبار الأميركي، بغية ضمان إجراء التحقيق آمنة. يمكن أيضا الحصول على شكل ثلاثي الأبعاد والشخصية للتحقيق من أنواع أخرى من المسح ثلاثي الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن تغيير بعض تفاصيل التصميم المبينة في البروتوكول، مثل الأشكال الدقيقة وأبعاد وأحجام رمح، كييوايس المتصاعدة، ومسامير واستخدام المحامل،. ولنفس السبب، بعض التفاصيل لا تتوفر عند من الواضح أنها تقوم على المعرفة المشتركة للتصميم الميكانيكي.
التصميم الحالي له مخلب ميكانيكية سلبية التي يمكن تعديلها واستخدامها للحد من القوة القصوى المطبقة على المريض. هذا هو ميزة الأمان التي لا تعتمد على أي نظم كهربائية أو منطق البرنامج، الذي يضمن سلامة الأساسية باستخدام الروبوت بالنسبة لنا الامتحانات. كانت النقطة المثيرة مجموعة على أساس المجموعة من القياسات السابقة21 القوة العمودية تطبقها العوامل البشرية للمرضى أثناء عمليات التفحص الأمريكي العادي، فضلا عن نتائج مماثلة ذكرت من الكتابات الموجودة18، كلا من التي تشير إلى أن القوة العمودية كحد أقصى لا يتجاوز عادة 20 أ. وعولج هذا كشرط أساسي أن قوة الزناد مخلب ينبغي أن يكون أكثر من 20 ن مع بعض البدلات معين. يمكن ضبط مقدار تحريك القوة عن طريق تغيير عدد أزواج الكرة والربيع، ربيع ثابت، حجم ثقوب الماسكة، والتحميل من الينابيع22. احتمال تعديل بروتوكول مصممة لهذا تغيير عدد تجاويف لعقد أزواج الكرة والربيع في ل2. في الممارسة العملية، عند استخدام النظام المقترح، العمل الصحيح من مخلب يمكن التحقق منها بسهولة حسب الدورية المشتركة بين مخلب وبعد ديسينجاجي مخلب يدوياً وإعادة إشراك قبل إجراء أي فحص الولايات المتحدة الروبوتية. في البروتوكول الحالي، مخلب السلامة يتم فقط تطبيق ي2 هذا المشترك يهدف إلى محاذاة المسبار مع سطح البطن ويمكن استخدامها مباشرة للحد من القوة العمودية التي تمارس على المريض بالمسبار الأمريكي. مع مفهوم مماثل، يمكن أيضا أن تنفذ مخلب سلامة للعتاد حفز1 ي، والتي سوف تضمن سلامة حركة دورانية1 ي من الهياكل التالية. وهذا لا يعتبر ميزة أمان أساسية في البروتوكول الحالي، لكن يمكن أن يكون تعديل محتمل لنسخة نهائية. وتستخدم المفاصل الثلاثة الأخيرة، ي3وي4، وي5، لتعديلات دقيقة للتوجه للتحقيق. كينيماتيكالي، أنها لا تستخدم لتوليد أي القوة المفرطة، ومن غير المرجح أن تصطدم مع أي عقبة. لتقليل حجم ووزن المناول المقترح، لا يقترح مخلب سلامة ميكانيكية لهذه المفاصل الثلاثة في أي تعديل للبروتوكول.
يتم اتباع البروتوكول المعروضة هنا لبناء المناول المقترح بالنسبة لنا الامتحانات، نفس موثوقية النظام الميكانيكي، والنطاقات نفس الحركة، الأوزان مماثلة المناول كله، وإلى مستوى مماثل لتحريك قوة مخلب ومن المتوقع كما ترد في هذه الورقة. ومع ذلك، التكرار والدقة الحركات، وكذلك التكرار لمستوى قوة المسبّب الدقيق مخلب الميكانيكية، سوف تعتمد بشدة على 3D-الطباعة ودقة الجمعية مقارنة بتصميم CAD. وهذا لا يمكن ضمان للنموذج الحالي كما كان يستخدم خدمة الطباعة 3D منخفضة المستندة إلى مختبر للتصنيع والجمعية هي القيام بذلك يدوياً غرض النماذج الأولية. ومن المتوقع أن تسفر مستوى الصناعي للتصنيع والتجميع التالية في تصميم البروتوكول التكرار جيدة ودرجة عالية من الدقة، على الرغم من أن هذه ليست حاليا هدفنا قبل النظام إلى منتج نهائي للتجارب السريرية. اختبار الأداء يتطلب أيضا بروتوكول منفصل، التي تتضمن النمذجة الحركية وأسلوب تحكم روبوتية، تتبع الحركة، وأساليب المعايرة، وهو، وبالتالي، غير المدرجة في الورقة الحالية. وبالمثل، تتحدد بدقة التحكم والاستجابة المناول المقترح أسلوب التحكم في المحركات، خوارزمية تحكم الروبوت، والتواصل بين الإلكترونيات المناور وواجهة التحكم. كهذه تتجاوز هدف البروتوكول الحالي لإدخال التصميم الميكانيكي جديد ويمكن تنفيذها باستخدام العديد من البنى القائمة، لا ترد التفاصيل في هذه الورقة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل "مؤسسة ويلكوم ترست منح دار" [102431] ومركز ويلكوم/EPSRC "الهندسة الطبية" [WT203148/Z/16/Z]. الكتاب تقر دعما ماليا من وزارة الصحة عن طريق المعهد الوطني للبحوث الصحية (NIHR) جائزة "مركز البحوث الطبية الحيوية" الشاملة للرجل وسانت توماس "دائرة الصحة الوطنية مؤسسة تثق" في شراكة مع الملك في كلية لندن والملك الثقة مستشفى الكلية مؤسسة دائرة الصحة الوطنية.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3D-printed link L0 | 3D printing service | 1 | As shown in Figure 1, with the STL file provided |
| 3D-printed link L1 | 3D printing service | 1 | As shown in Figure 1, with the STL file provided |
| 3D-printed link L2 | 3D printing service | 1 | As shown in Figure 1, with the STL file provided |
| 3D-printed link L3 | 3D printing service | 1 | As shown in Figure 1, with the STL file provided |
| 3D-printed link L4 | 3D printing service | 1 | As shown in Figure 1, with the STL file provided |
| 3D-printed end-effector | 3D printing service | 1 | As shown in Figure 1, with the STL file provided |
| 20-teeth spur gear | 3D printing service | 12 | 0.5 module, 5 mm face width, with mounting keyway, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| 18-teeth bevel gear | 3D printing service | 2 | 0.5 module, 5 mm face width, with mounting keyway, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| 120-teeth spur gear (Type A) | 3D printing service | 1 | 0.5 module, 6 mm face width, with mounting keyway, bearing housing, and bore, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| 120-teeth spur gear (Type B) | 3D printing service | 2 | 0.5 module, 6 mm face width, with detent holes, bearing housing, and bore, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| 120-teeth spur gear (Type C) | 3D printing service | 1 | 0.5 module, 6 mm face width, with mounting key, bearing housing, and bore, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| 20-teeth long spur gear | 3D printing service | 1 | 0.5 module, 21.5 mm face width, with mounting keyways, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| 144-teeth bevel gear | 3D printing service | 1 | 0.5 module, 7 mm face width, with mounting keyways, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| Bearing (37 mm O.D and 30 mm I.D) | Bearing Station Ltd., UK | 5 | Bearing size and supplier can be varied |
| Bearing (12 mm O.D and 6 mm I.D) | Bearing Station Ltd., UK | 2 | Bearing size and supplier can be varied |
| Bearing (32 mm O.D and 25 mm I.D) | Bearing Station Ltd., UK | 1 | Bearing size and supplier can be varied |
| Bearing (8 mm O.D and 5 mm I.D) | Bearing Station Ltd., UK | 2 | Bearing size and supplier can be varied |
| Plastic/metal shaft (6 mm O.D, 70 mm long) | TR Fastenings Ltd., UK | 1 | e.g. Could be an M6 bolt and a nut |
| Plastic/metal shaft (5 mm O.D, 70 mm long) | TR Fastenings Ltd., UK | 1 | e.g. Could be an M5 bolt and a nut |
| Ball-spring pairs | WDS Ltd., UK | 4 | Numbers of ball-spring pairs could varied to adjust the triggering force of the clutch |
| Clutch covers | 3D printing service | 2 | 104 mm O.D, 5mm face width, 6 mm bore, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| 3D-printed shaft collar | 3D printing service | 1 | 35 mm O.D and 30 mm I.D, 8mm face width, as shown in Figure 2, with the STL file provided |
| 3D-printed end-effector collar | 3D printing service | 1 | As shown in Figure 2, with the STL file provided |
| Small geared stepper motors | AOLONG TECHNOLOGY Ltd., China | 14 | Part number: GM15BYS; Internal gear ratio 232:1 or 150:1, all acceptable |
References
- Priester, A. M., Natarajan, S., Culjat, M. O. Robotic ultrasound systems in medicine. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 60 (3), 507-523 (2013).
- Magnavita, N., Bevilacqua, L., Mirk, P., Fileni, A., Castellino, N. Work-related musculoskeletal complaints in sonologists. Journal of Occupational and Environmental Medicine. 41 (11), 981-988 (1999).
- Jakes, C. Sonographers and Occupational Overuse Syndrome: Cause, Effect, and Solutions. Journal of Diagnostic Medical Sonography. 17 (6), 312-320 (2001).
- Society of Diagnostic Medical Sonography. Industry Standards for the Prevention of Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography: Consensus Conference on Work-Related Musculoskeletal Disorders in Sonography. Journal of Diagnostic Medical Sonography. 27 (1), 14-18 (2011).
- LaGrone, L. N., Sadasivam, V., Kushner, A. L., Groen, R. S. A review of training opportunities for ultrasonography in low and middle income countries. Tropical Medicine & International Health. 17 (7), 808-819 (2012).
- Shah, S., et al. Perceived barriers in the use of ultrasound in developing countries. Critical Ultrasound Journal. 7 (1), 28 (2015).
- Swerdlow, D. R., Cleary, K., Wilson, E., Azizi-Koutenaei, B., Monfaredi, R. Robotic Arm–Assisted Sonography: Review of Technical Developments and Potential Clinical Applications. American Journal of Roentgenology. 208 (4), 733-738 (2017).
- Nouaille, L., Laribi, M., Nelson, C., Zeghloul, S., Poisson, G. Review of Kinematics for Minimally Invasive Surgery and Tele-Echography Robots. Journal of Medical Devices. 11 (4), 040802 (2017).
- Georgescu, M., Sacccomandi, A., Baudron, B., Arbeille, P. L. Remote sonography in routine clinical practice between two isolated medical centers and the university hospital using a robotic arm: a 1-year study. Telemedicine and e-Health. 22 (4), 276-281 (2016).
- Arbeille, P., et al. Use of a robotic arm to perform remote abdominal telesonography. American Journal of Roentgenology. 188 (4), W317-W322 (2007).
- Arbeille, P., et al. Fetal tele‐echography using a robotic arm and a satellite link. Ultrasound in Obstetrics & Gynecology. 26 (3), 221-226 (2005).
- Vieyres, P., et al. A tele-operated robotic system for mobile tele-echography: The OTELO project. M-Health: Emerging Mobile Health Systems. Istepanian, R. H., Laxminarayan, S., Pattichis, C. S. , Boston, MA. 461-473 (2006).
- Abolmaesumi, P., Salcudean, S. E., Zhu, W. H., Sirouspour, M. R., DiMaio, S. P. Image-guided control of a robot for medical ultrasound. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 18 (1), 11-23 (2002).
- Abolmaesumi, P., Salcudean, S., Zhu, W. Visual servoing for robot-assisted diagnostic ultrasound. Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 22nd Annual International Conference of the IEEE. , Chicago, IL. (2000).
- Menikou, G., Yiallouras, C., Yiannakou, M., Damianou, C. MRI‐guided focused ultrasound robotic system for the treatment of bone cancer. The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 13 (1), e1753 (2017).
- Yiallouras, C., et al. Three-axis MR-conditional robot for high-intensity focused ultrasound for treating prostate diseases transrectally. Journal of Therapeutic Ultrasound. 3 (1), 2 (2015).
- AdEchoTech. MELODY, a remote, robotic ultrasound solution. , Available from: http://www.adechotech.com/products/ (2018).
- Essomba, T., et al. A specific performances comparative study of two spherical robots for tele-echography application. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 228 (18), 3419-3429 (2014).
- Bassit, L. A. Structure mécanique à modules sphériques optimisées pour un robot médical de télé-échographie mobile. , Université d’Orléans. France. PhD thesis (2005).
- Noh, Y., et al. Multi-Axis force/torque sensor based on Simply-Supported beam and optoelectronics. Sensors. 16 (11), 1936 (1936).
- Noh, Y., et al. An ergonomic handheld ultrasound probe providing contact forces and pose information. Engineering in Medicine and Biology Society, Proceedings of the 37th Annual International Conference of the IEEE. , Milan, Italy. (2015).
- Maplesoft. Translational Detent – MapleSim Help. , Available from: https://www.maplesoft.com/support/help/MapleSim/view.aspx?path=DrivelineComponentLibrary/translationalDetent (2018).
