研究者が完全空気圧式脳神経外科ロボットを開発

「最終的に、医療機器は患者の転帰を改善し、とにかく事態を悪化させないことを望んでいます」とヴァンダービルト大学の4年生の博士課程の学生であるデビッド・コマーは述べました。

Comber氏によると、研究者はこの課題に取り組み、シャープペンシルの動作に似たステッパーメカニズムを使用して、デバイスを少しずつ動かすベローズベースの柔軟なアクチュエーターを設計および構築しました。 これを行うことにより、コンピューターまたはハードウェアに障害が発生した場合に、システムが過度に拡張し、患者に害を及ぼすことを防ぎます。

システムが可能な限りスムーズに動作するように、これらのアクチュエータ内の摩擦力にも対処する必要がありました。 これらの力を軽減するために、設計者は、一般に乾燥潤滑剤として使用されるグラファイト製のピストンとガラス製のシリンダーを使用してアクチュエータを構築しました。 摩擦力を減らし、デバイス内での結合を防ぐために、アライメントも考慮されました。

「ロボットアセンブリの設計には、リニアガイドロッドのジャーナルベアリングなど、いくつかの嵌合部品の調整可能なアライメントが必要でした。 ピストンロッドはスライディングプレートに、ピストンロッドはタイミングベルトに結合されています」とComber氏は言います。 「私がすべてのケースで使用した解決策は、ナットとワッシャーのあるゆるい穴でした。 摩擦が最小になるように感じるまで、私は各アライメントを感触によって調整しました。」

デバイスが直面する最大の問題の1つは、MRIマシンの狭いスペースと強力な磁場で効果的に動作する必要性から生じました。 電気機械デバイスは、デバイスで使用することはできません。これは、作成する磁場がMRI画像に干渉するためです。 ただし、空気圧装置は限られた磁場しか生成せず、画像に干渉しません。 MRI画像およびデバイス自体への磁場の影響をさらに減らすために、ロボットはほとんど非強磁性材料を使用して構築されました。

この装置は、患者のMRI内に収まるように十分にコンパクトに設計されています。 これは、患者の頭の上にあるMRIのベッド上にデバイスを配置することにより、デバイスで使用可能なボリュームを最大化することによって行われました。 次に、装置内の機構を運動学的に結合して、ストローク長を最小化し、ピストンシリンダーアクチュエーターの長さを最小化しました。 圧力センサーやバルブを含むシステムのより大きなコンポーネントは、MRIの干渉を避けるために別の部屋に保管され、長い配管でデバイスに接続されます。

デバイスの現在の反復は手順と場所に固有ですが、チームはこのテクノロジーが多くの異なる医療用途でいつか使用できると考えています。

「ここで開発している技術は、解剖学の他の部分に適応させることができます」とComber氏は述べています。 「しかし、新しい解剖学と簡単に統合するには、確かに再設計が必要です。」