Zeitschrift für Osteoporose und körperliche Aktivität
Offener Zugang

Abstrakt

Verbesserung der Befestigungsmethode für den Operationsassistenzroboter und Optimierung des am Körper getragenen Robotersystems

Akira Bekku, Yoshikazu Nakajima, Joonhwan Kim1 und Kazuo Yonenobu

Robotergestützte chirurgische Systeme werden eingeführt, um sichere und hochpräzise Operationen zu ermöglichen. Allerdings erfordert die Fixierung an den Knochen des Patienten Knochensteifigkeit, und es gibt einige Probleme bei der Anwendung bei brüchigen oder gebrochenen Knochen, wie sie bei Rheuma auftreten. Metallstiftschrauben werden häufig verwendet, um einen Roboter und einen Patienten zu verbinden, und sind für brüchige Knochen nicht sicher. In dieser Forschung konzentrieren wir uns auf die Optimierung eines am Körper getragenen kleinen Robotersystems, das bei Wirbelsäulenpunktionsoperationen assistiert. Der Roboter besteht aus einem Fixierungsteil und einem Nadelführungsteil. Die Steifigkeit der Fixiereinheit kann so gesteuert werden, dass sie sich eng an die Körperoberfläche des Patienten anpasst. Zunächst verformt sie sich frei, um sich der Oberfläche des Ziels anzupassen, und wechselt dann in einen festen Zustand, um die verformte Form durch Ausnutzung des Phänomens des Klemmübergangs beizubehalten. Der Führungsteil verwendet einen doppelten 45˚-Getriebemechanismus und ist so konzipiert, dass die drei zylinderförmigen Motoren parallel angeordnet sind. Er erreicht eine Nadelführung mit 4 Freiheitsgraden, röntgentransparente Ansichten im Operationsbereich und eine Verkleinerung.

Die Fixiervorrichtung ist so konzipiert, dass sie fest am menschlichen Körper angebracht werden kann und gleichzeitig den Schwerpunkt des Operationsassistenzroboters niedrig hält. Wir haben eine Fixiervorrichtung mit Stativ entwickelt, mit der die ungeeignete Stelle des menschlichen Rückens umgangen werden kann. Die Leistung der Fixiervorrichtung an Weichteilgewebe wird bewertet. Die zum Einführen einer Nadel in weiches Schweinegewebe erforderliche Kraft wurde gemessen, um die zum Einführen der Nadel erforderliche Kraft zu ermitteln. Zum Durchdringen des 30 mm dicken Weichteilgewebes war eine Kraft von 7,7 N in RMS (Root-Mean-Square) erforderlich. Die Stabilität der Befestigung und die Genauigkeit der Nadelführung wurden durch Messen der Verschiebung während des Nadeleinführungsvorgangs bewertet. Die Verschiebung zum Durchdringen des 30 mm dicken Weichteilgewebes betrug 1,13 mm und 0,38˚ in RMS. Schließlich haben wir das Ergebnis der Fixiervorrichtung an einem menschenförmigen Zielobjekt bewertet. Die Verschiebung der Fixiervorrichtung auf Weichteilgewebe durch die externe Kraft beim Einführen der Nadel wurde gemessen. Die Verschiebung der Befestigungsvorrichtung an einem menschlichen Phantom durch die äußere Kraft beim Einführen der Nadel betrug 0,13 mm und 0,06˚ in RMS. Die Gesamtverschiebung der Nadelführung betrug 0,73 mm und 0,59˚ in RMS.