Naukowcy opracowują w pełni pneumatycznego robota neurochirurgicznego

„Ostatecznie chcemy, aby wyroby medyczne poprawiły wyniki pacjentów, a w żadnym razie nie pogorszyły sytuacji” - powiedział David Comber, doktorant z czwartego roku Uniwersytetu Vanderbilt, który pracował nad tym urządzeniem.

Według Combera badacze podeszli do tego wyzwania, projektując i budując oparte na miechach, elastyczne siłowniki, które wykorzystują mechanizm krokowy, podobny do działania ołówka mechanicznego, aby poruszać urządzeniem w małych krokach. Zapobiegnie to nadmiernemu rozszerzaniu się systemu i wyrządzeniu szkody pacjentowi w przypadku awarii komputera lub sprzętu.

Siły tarcia w tych siłownikach również musiały zostać uwzględnione, aby system działał tak płynnie, jak to możliwe. Aby zmniejszyć te siły, projektanci zbudowali siłowniki z tłokami wykonanymi z grafitu, powszechnie stosowanymi jako suchy smar, oraz cylindrami ze szkła. Uwzględniono również wyrównanie przy próbie zmniejszenia sił tarcia i zapobieżenia wiązaniu w urządzeniu.

„Projekt montażu robota wymagał regulowanego wyrównania kilku współpracujących części, takich jak łożyska poprzeczne na liniowych prętach prowadzących; tłoczyska połączone z przesuwnymi płytami i tłoczyska połączone z pasami rozrządu ”- powiedział Comber. „Rozwiązaniem, które zastosowałem w każdym przypadku, był luźny otwór z nakrętkami i podkładkami. Dostosowałem każde wyrównanie za pomocą dotyku, aż tarcie wydawało się być na minimalnym poziomie. ”

Jednym z największych problemów, przed którymi stoi urządzenie, była konieczność efektywnej pracy w ciasnych przestrzeniach i silnych polach magnetycznych urządzenia MRI. W urządzeniu nie można było stosować urządzeń elektromechanicznych, ponieważ wytwarzane przez nie pola magnetyczne zakłócałyby obraz MRI. Urządzenia pneumatyczne wytwarzają jednak ograniczone pola magnetyczne i nie zakłócają obrazu. Aby jeszcze bardziej zmniejszyć wpływ pól magnetycznych na obraz MRI i samo urządzenie, robot został zbudowany przy użyciu głównie materiałów nieferromagnetycznych.

Urządzenie zostało zaprojektowane tak, aby było wystarczająco małe, aby zmieścić się w MRI z pacjentem. Dokonano tego poprzez maksymalizację objętości dostępnej dla urządzenia poprzez umieszczenie go na łóżku MRI nad głową pacjenta. Mechanizmy wewnątrz urządzenia zostały następnie sprzężone kinematycznie, aby zminimalizować długość skoku, a tym samym długość siłownika tłok-cylinder. Większe elementy systemu, w tym czujniki ciśnienia i zawory, są przechowywane w oddzielnym pomieszczeniu, aby uniknąć zakłócania rezonansu magnetycznego i są połączone z urządzeniem długimi liniami rurek.

Chociaż obecna iteracja urządzenia jest związana z procedurą i lokalizacją, zespół uważa, że technologia ta może zostać użyta pewnego dnia w wielu różnych zastosowaniach medycznych.

„Opracowywane przez nas technologie można dostosować do innych części anatomii” - powiedział Comber. „Ale z pewnością wymagałoby to przeprojektowania, aby łatwo zintegrować się z tą nową anatomią.”