Bu kağıt tasarım ve ekstra cismani ultrasonografi için ısmarlama bir robot manipülatör uygulanması tanıtır. Sistem ile 3D baskı ve emniyet yönetimi için mekanik bir debriyaj tarafından yapılan hafif eklem özgürlük beş derece vardır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Tasarım ve ekstra cismani ultrason için ısmarlama bir robot manipülatör
Bu makalede
Özet
Özet
Yüksek hassasiyetli, el becerisi ve tekrarlanabilirlik potansiyeli ile kendi kendine izlenen bir robotik sistem gerçek zamanlı ultrason edinimi yardımcı olmak için istihdam edilebilir. Ancak, sınırlı sayıda ekstra cismani ultrason için tasarlanan robot başarıyla klinik kullanıma çevrilmiş. Bu çalışmada, hafif ve küçük bir ayak izi vardır ekstra cismani ultrason muayenesi için ısmarlama bir robot manipülatör oluşturmak hedefliyoruz. Robot beş özel olarak şekillendirilmiş bağlantıları ve hareket gereksiz serbestlik ile hasta güvenliğini sağlamak için gerekli aralığı kapsayacak şekilde sonda manipülasyon için ısmarlama ortak mekanizmaları tarafından oluşturulur. Mekanik emniyet hastalara uygulanan kuvvet sınırlamak için bir debriyaj mekanizmalı vurgulanmaktadır. Tasarım, bir sonucu olarak manipülatör toplam ağırlığı 2 kg daha az ve manipülatör uzunluğu yaklaşık 25 cm. Tasarımı hayata geçirdi ve simülasyon, hayalet ve gönüllü çalışmalar gerçekleştirdik, hareket, ince ayar, mekanik ve debriyaj güvenli çalışma yapma yeteneğini aralığını doğrulamak için. Bu kağıt tasarım ve ısmarlama robot ultrason manipülatör uygulanması resimli tasarım ve montaj yöntemleri ile detayları. Test sonuçları sistem kullanarak klinik deneyimi ve tasarım özellikleri göstermek için sunulmuştur. Geçerli önerilen robot manipülatör ekstra cismani ultrasonografi için ısmarlama bir sistem olarak bu gereksinimleri karşılıyorsa ve klinik kullanıma çevrilmesi gereken büyük bir potansiyele sahip sonucuna varılmıştır.
Giriş
Bir ekstra cismani robot ultrason (ABD) sistemi içinde bir robotik sistem tutun ve bir ABD sonda kalp, damar, obstetrik ve genel karın görüntüleme1 dahil olmak üzere dış muayene için işlemek için kullanılan yapılandırma gösterir . Robotik sistem kullanımı motive tarafından el ile tutarak ve bir ABD sonda, örneğin, klinik görüntüleme protokoller ve tekrarlayan gerilme yaralanması2, riski için gerekli standart ABD Gösterim bulma meydan düzenleme sorunları 3,4, ve aynı zamanda bizi programları eleme ihtiyaçlarını tarafından Örneğin, sonographers yerinde5,6olmak gereksinimini deneyimli. Farklı işlevleri ve hedef anatomileri vurgular ile birkaç robot ABD sistemleri, önceki works1,7,8' de, gözden olarak ABD'nin farklı yönlerini geliştirmek için 1990 yılından bu yana ortaya konan muayene (Örneğin, uzun mesafe teleoperation9,10,11,12, hem de robot operatör etkileşimi ve otomatik kontrol)13, 14. tanılama amacıyla kullanılan robotik ABD sistemlerinin yanı sıra, robotik yoğun odaklı ultrason (HIFU) sistemleri için tedavi amaçlı yaygın olarak Priester vd tarafından özetlenen araştırdık 1, en son ilerleme raporlaması bazı son işleri15,16 .
Denetim ve klinik çalışması için nispeten güvenilir teknolojileriyle birkaç robot ABD sistemleri geliştirilmiştir rağmen sadece birkaç tanesi başarıyla piyasada bulunan tele-ultrason sistemi gibi klinik kullanıma çevrilmiş 17. olası bir nedeni olduğunu kabul hasta ve sonographers açıdan bir klinik ortamda çalışma büyük boyutlu endüstriyel görünümlü robotlar için düşük düzeyde. Ayrıca, emniyet yönetimi için izlemek ve kuvvet pasif sınırlamak için daha temel mekanik emniyet mekanizmaları genellikle kullanılabilir değil ABD sonda uygulanan basınç kontrol için kuvvet sensörleri mevcut ABD robotlar çoğunluğu güveniyor . Bu aynı zamanda robot operasyon Emanet elektrik sistemleri ve yazılım mantık tamamen bağımlı olacak gibi klinik kullanıma çevirirken endişeleri neden olabilir.
3D son gelişmeler ile baskı teknikleri, özel ısmarlama ortak mekanizmaları ile plastik bağlantılar şeklinde gelişen ısmarlama tıbbi robotlar için yeni bir fırsat sağlayabilir. Özenle tasarlanmış hafif bileşenleri bir kompakt görünüm ile klinik kabul artırabilirsiniz. Özellikle ABD muayene, klinik kullanıma tercüme ediliyor amaçlı bir ısmarlama tıbbi robot kompakt, yeterli serbestlik (DOFs) ve bölge taraması ilgi karşılamak için hareket aralığını olmalıdır; Örneğin, karın yüzey, göbek kenarlarına ve üst de dahil olmak üzere. Ayrıca, robot da yetenek ABD görünümü elde etmek için yerel bir bölgede ABD inceleyebilirsek ince ayar yapmak birleştirmek gerektiğini. Bu genellikle sonda olarak Essomba vd tarafından önerilen belirli bir Aralık içindeki devirme hareketleri içerir 18 ve Bassit19. Daha fazla güvenlik endişelerini gidermek için sistem elektrik sistemleri ve yazılım mantık bağımsız olan pasif mekanik emniyet özellikleri olmalıdır bekleniyor.
Bu yazıda, biz ekstra cismani bir robot ABD sistemi oluşturan anahtar bileşen kullanılan bir 5-DOF becerikli robot manipülatör, detaylı tasarım ve montaj yöntemi mevcut. Manipülatör çeşitli hafif 3D yazdırılabilir bağlantılar, özel yapım ortak mekanizmaları ve yerleşik güvenli debriyaj oluşur. DOFs belirli düzenleme sonda ayarlamaları, kolay ve güvenli işlemleri küçük bir alanda hasta ile çarpışma olmadan izin için tam esneklik sağlar. Hasta ile temas halinde olup ana bileşeni sadece ABD tarama gerçekleştirmek için tam etkin DOFs ile tam bir ABD robot oluşturmak için herhangi bir geleneksel 3-DOF küresel konumlandırma bir mekanizma için bağlı olarak çalışmak için önerilen multi-DOF manipülatör amaçlamaktadır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
1. hazırlık her bağlantının sonu-efektör ve ek bileşenler
- (L0, L1, L2, L3ve L4) tüm bağlantıları ve bitiş efektör Akrilonitril bütadien stiren (ABS) plastik, polylactic asit (PLA) plastik veya naylon, 3D baskı kullanarak Şekil 1' de gösterildiği gibi Yazdır Servisi. Kullanım. Yazdırma sırasında Ek materyalleri sağlanan STL dosyaları.
Not: Şekli ve ölçek her bölümü değişiklikleri sağlanan dosyalar üzerinde temel alınarak yapılabilir. Sonunda efektör iç profil farklı ABD probları uyacak şekilde değiştirilebilir. - Tüm gerekli ek bileşenleri bir 3D baskı servisi kullanarak naylon, Şekil 2 ' de gösterildiği gibi yazdırın. Malzemeler tablo için her bileşen gerekli sayıda bakın. Kullanım. Yazdırma sırasında Ek materyalleri sağlanan STL dosyaları.
- Baskılı Plastik parçalar gerekirse araçları parlatma ile Lehçe. 3D Basım--dan sol herhangi bir destekleyici malzemeler kaldırın.
Not: Bazı yapıları sağlanan son-efektör tasarım rapor burada protokolünün bir parçası değil bir kuvvet sensör için ve derleme için kullanılmaz. Kuvvet sensör tasarım konsepti içinde önceki iş20bildirilmiştir; Bu nedenle, bu yazıda dışındadır.
2. müşterek 1 Meclisi
Not: resim 3ortak 1 (J1) Meclisi dayalı.
- Yer dört küçük, sonsuz vidalı Step motorlar (20-dişli teşvik bağlı vites) L0 montaj boşluklar içine ve onları vida ile monte edin.
- İki 37 mm OD yatakları L0 yatak odalar yerleştirin ve üzerine altı köşe anahtar L1120-diş mahmuz dişli (tür A) güvenli.
- Çıkıntı yapan, dişli tahrik mili delik dört küçük sürüş teşvik ve büyük, L0 L1 üzerinde mil yerleştirin ve güvenli ve şaft mili yaka araya.
3. ortak 2 Meclisi
Not: Ortak 2 (J2) Meclisi Şekil 4üzerinde temel alır.
- Yer dört küçük, sonsuz vidalı Step motorlar (20-dişli teşvik bağlı vites) L1 montaj boşluklar içine ve onları vida ile monte edin.
- İki 37 mm OD yatakları ve onlara L1, 120-diş spur gear (B tipi) ile 20-diş mahmuz gears ile nişanlı dişli boşluklar üzerinde motorlar monte konum iki 120-diş mahmuz vites (B tipi) ekleyin. Gevşetin ve motor iki 120-diş B tipi spur gear kolay konumlandırma izin vermek gerekirse yeniden sıkın.
- L1 ve L2 hizalayın ve rulman ve top-bahar çiftleri L2debriyaj deliklere yerleştirin. Hizalama ve bahar önyükleme için debriyaj mekanizma içine iterek iki yuvarlak debriyaj kapakları ile bir M6 civata L1 ve L2delikler yerleştirin.
- Derlemenin diğer tarafa döndür ve 3.3 adımlarda bu taraf için tekrarlayın. Derleme bir somun M6 civata takılarak emniyete alın.
4. ortak 3 Meclisi
Not: Ortak 3 (J3) Meclisi Şekil 5üzerinde temel alır.
- Koyun iki küçük, sonsuz vidalı Step motorlar (20-dişli teşvik bağlı vites) L2 montaj boşluklar içine ve onları vida ile monte edin.
- 120-diş spur gear (C tipi) taşıyan gövde içine taşıyan 37 mm OD yerleştirin ve L3yatak gövde içine taşıyan 32 mm OD yerleştirin.
- Büyük spur gear L3 altı köşe anahtar deliği güvenli (ek vida kullanılabilir gerekirse) ve büyük spur gear ve L3, küçük ve büyük çıkıntı yapan gears ile delikler mili L2 üzerine yerleştirin.
5. ortak 4 sürüş mekanizması Meclisi
Not: Şekil 6' da derleme ortak 4 (J4) temel alır.
- İki küçük, sonsuz vidalı Step motorlar L3 montaj boşluklar yerleştirin ve onları vida ile monte. 8 mm OD yatakları L4yatak odalar yerleştirin.
- 20-diş uzun spur gear iki küçük Step motorlar üzerine monte.
6. ortak 4 ve ortak 5 Tahrik mekanizmasının Meclisi
Not: Ortak 4 (J4) Meclisi Şekil 6 ' da temel ve ortak 5 (J5) Şekil 7üzerinde temel alır.
- Tahrik 144 diş Konik dişli L4ekstrüzyon üzerine getirin.
- Koyun iki küçük, sonsuz vidalı Step motorlar (18-diş ile bağlı konik) L4 montaj boşluklar içine ve onları vida ile monte edin. Son olarak, iki Golf Sahası hizalanır sonra M5 şaftı L3 ve L4 şaft deliğe yerleştirin. L4 maçlar 20 diş uzun teşvik dişli ile tahrik dişli yapılarda inşa emin olun.
- Sonunda efektör büyük konik dişli anahtar yolu ekleme ve dikey olarak üzerine vidalı sonu-efektör yakalı son efektör yerleştirme.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
, Ortaya çıkan sistem robot bir manipülatör beş özel olarak şekillendirilmiş bağlantıları (L0 L4) ve beş revolute eklem (J-1 J5) ile taşıma, holding ve yerel olarak bir ABD sonda (Şekil 8) devirme protokoldür. En iyi dönüş ortak (J1), dört motors tarafından tahrik dişli mekanizmaları ile döndürebilirsiniz 360 ° tarama alanının üst, alt ve yan karın gibi farklı açılardan doğru işaret edecek ABD sonda izin ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Tıbbi uygulamalar tercüme edilmiş birçok diğer endüstriyel robotlar, iletişim kuralında tanımlanan önerilen robot manipülatör özellikle ABD sınavları hareket aralığını klinik gereksinimlerine göre tasarlanmıştır, kuvvet ve emniyet yönetimi uygulaması. Hafif robot manipülatör kendisi hareketlerin çoğu ekstra cismani ABD, küresel konumlandırma mekanizması büyük hareketleri için gerek kalmadan taramak için yeterli geniş bir alanı vardır. Hastaya en yakın mekanik yapı, önerilen bağlantılar da özel olarak hastanın uzak olmak ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarlar ifşa gerek yok.
Teşekkürler
Bu eser tıbbi mühendislik [WT203148/Z/16/Z] için Wellcome güven IEH Ödülü [102431] ve hoş geldiniz/EPSRC Merkezi tarafından desteklenmiştir. Yazarlar Sağlık Bakanlığı ile mali desteği Ulusal Enstitüsü Sağlık Araştırma (NIHR) kapsamlı Biyomedikal Araştırma Merkezi Ödülü Vakfı NHS güven Kral ortaklığında adamın & St Thomas kabul'ın Londra'daki College ve Kral'ın Üniversite Hastanesi NHS vakıf güven.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 3D baskılı bağlantı L0 | 3D baskı hizmeti | 1 | Şekil 1'de gösterildiği gibi, sağlanan STL dosyası ile |
| 3D baskılı bağlantı L1 | 3D baskı hizmeti | 1 | Şekil 1'de gösterildiği gibi, sağlanan STL dosyası ile |
| 3D baskılı bağlantı L2 | 3D baskı hizmeti | 1 | Şekil 1'de gösterildiği gibi, sağlanan STL dosyası ile |
| 3D baskılı bağlantı L3 | >3D baskı hizmeti | 1 | Şekil 1'de gösterildiği gibi, sağlanan STL dosyası ile |
| 3D baskılı bağlantı L4 | 3D baskı hizmeti | 1 | Şekil 1'de gösterildiği gibi, sağlanan STL dosyası ile |
| 3D baskılı son efektör | 3D baskı hizmeti | 1 | Şekil 1'de gösterildiği gibi, sağlanan STL dosyası ile |
| 20 dişli düz dişli | 3D baskı hizmeti | 12 | 0.5 modül, 5 mm yüz genişliği, montaj kama yuvalı, Şekil 2'de gösterildiği gibi, STL dosyası sağlandı |
| 18 dişli konik dişli | 3D baskı hizmeti | 2 | 0.5 modül, 5 mm yüz genişliği, montaj kama yuvalı, Şekil 2'de gösterildiği gibi, STL dosyası ile |
| 120 dişli düz dişli (Tip A) | 3D baskı hizmeti | 1 | 0,5 modül, 6 mm yüz genişliği, montaj kama yuvası, yatak yuvası ve delik ile, Şekil 2'de gösterildiği gibi, STL dosyası sağlandığında |
| 120 dişli düz dişli (Tip B) | 3D baskı hizmeti | 2 | 0,5 modül, 6 mm yüz genişliği, kilit delikleri, yatak muhafazası ve delik ile, Şekil 2'de gösterildiği gibi, STL dosyası sağlandı |
| 120 dişli düz dişli (Tip C) | 3D baskı hizmeti | 1 | 0.5 modül, 6 mm yüz genişliği, montaj anahtarı, yatak muhafazası ve delik ile, Şekil 2'de gösterildiği gibi, STL dosyası ile sağlanan |
| 20 dişli uzun düz dişli | 3D baskı hizmeti | 1 | 0.5 modül, 21.5 mm yüz genişliği, montaj kamalı, Şekil 2'de gösterildiği gibi, STL dosyası ile sağlanan |
| 144 dişli konik dişli | 3D baskı hizmeti | 1 | 0.5 modül, 7 mm yüz genişliği, Şekil 2'de gösterildiği gibi montaj kama yuvaları ile, sağlanan STL dosyası ile |
| Rulman (37 mm OD ve 30 mm ID) | Rulman İstasyonu Ltd., Birleşik Krallık | 5 | Rulman boyutu ve tedarikçisi değiştirilebilir |
| Rulman (12 mm OD ve 6 mm ID) | Rulman İstasyonu Ltd., Birleşik Krallık | 2 | Rulman boyutu ve tedarikçisi değiştirilebilir |
| Rulman (32 mm OD ve 25 mm ID) | Rulman İstasyonu Ltd., UK | 1 | Rulman boyutu ve tedarikçisi değiştirilebilir |
| Rulman (8 mm OD ve 5 mm ID) | Rulman İstasyonu Ltd., İngiltere | 2 | Rulman boyutu ve tedarikçisi değişebilir |
| Plastik/metal şaft (6 mm OD, 70 mm uzunluğunda) | TR Fastenings Ltd., UK | 1 | Örneğin bir M6 cıvata ve bir somun olabilir |
| Plastik/metal şaft (5 mm OD, 70 mm uzunluğunda) | TR Fastenings Ltd., UK | 1 | örneğin bir M5 cıvata ve bir somun olabilir |
| Bilyalı yay çiftleri | WDS Ltd., İngiltere | 4 | Bilyalı yay çiftlerinin sayısı, debriyajın tetikleme kuvvetini ayarlamak için değiştirilebilir |
| Debriyaj | 3D baskı hizmetini | 2 | 104 mm OD, 5 mm yüz genişliği, 6 mm delik, Şekil 2'de gösterildiği gibi, sağlanan STL dosyası ile |
| 3D baskılı şaft bileziği | 3D baskı hizmeti | 1 | 35 mm OD ve 30 mm ID, 8mm yüz genişliği, Şekil 2'de gösterildiği gibi, STL dosyası ile sağlanan |
| 3D baskılı uç efektör yaka | 3D baskı hizmeti | 1 | Şekil 2'de gösterildiği gibi, sağlanan STL dosyası ile |
| Küçük dişli step motorlar | AOLONG TECHNOLOGY Ltd., Çin | 14 | Parça numarası: GM15BYS; İç dişli oranı 232: 1 veya 150: 1, tümü kabul edilebilir |
Kaynaklar
- 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).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
