BITE-Bio-Inspired Technology Group

Developed in 2016-2017, halkaisija Ø5 mm

monimutkaisten kirurgisten toimenpiteiden, kuten kallonpohjakirurgian, aikana on tarpeen päästä vaikeasti saavutettaviin paikkoihin kapeita anatomisia käytäviä pitkin. Monimutkaisten 3D-reittien leikkaus vaatii käärmemäisen soittimen, joka muistaa seuratun reitin 3D-muodon ja siirtää muotoa taaksepäin instrumentin edetessä. Tätä käärmemäistä liikkumismenetelmää kutsutaan “seuraa johtajaa-locomotioniksi”, jossa pää on “johtaja” ja keho seuraa pään reittiä, katso seuraavat animaatiot:

Follow-the-leader locomotion vaatii segmentoidun moniohjattavan instrumentin sekä muistin, johon segmenttien kulmat voidaan tallentaa ja siirtää. Robottilähestymisissä aktuaatio tapahtuu yleensä tietokoneen ohjaamilla sähkömoottoreilla. Vaikka mahdollista, tämä johtaa hyvin monimutkainen järjestelmä vaatii ylimääräisiä turvatoimia luotettavuuden varmistamiseksi leikkauksen aikana.

yksinkertaisemman järjestelmän luomiseksi tutkimme vaihtoehtoista leader-mallia mekaanisen muistin avulla. Multiflexin suunnittelun mukaisesti MemoFlex 1: ssä on 12 cm pitkä, Ø5 mm moniohjattava kärki, jossa on 14 segmenttiä, joita voidaan ohjata yksittäin 28 Vapausasteessa. 56 ohjausvaijerin avulla kärki on kytketty taivutettavaan kahvaan. Kun kahva on taivutettu tiettyyn muotoon, muoto peilataan ja kopioidaan kärjen avulla.

muotomuisti on valmiiksi taivutettu ruostumattomasta teräksestä valmistettu tanko, joka liukuu taivutettavan kahvan läpi Kampin vetämänä. Kun sauva liukuu kahvan läpi, sen muoto havaitaan 3D-tulostetulla yhteensopivalla helicoid-insertillä, joka saa kahvan seuraamaan tangon muotoa tarkasti. Mekanismi kopioi kahvan muodon kärkeen, joka sitten liikkuu kaarevaa reittiä pitkin, joka vastaa ennalta taivutetun sauvan muotoa. Valmiiksi taivutetun sauvan muoto voidaan saada CT-tai MRI-kuvista.

Uusi kopiointi-ja replikointimekanismimme näyttää lupaavia tuloksia. Prototyypillä on kuitenkin suuri mekaaninen monimutkaisuus. Siksi jatkoimme tätä tutkimusta parannetulla prototyypillä, MemoFlex 2: lla, joka sisältää aan parannetun muotomuistimekanismin ja vahvasti yksinkertaistetun yhteensopivan 3D-tulostetun kärjen.

Julkaisut

• Henselmans P. W. J. (2020). Mechanical Snakes-Path Following Instruments for Minimally invasiivinen Surgery. PhD-thesis, TU Delft, ISBN 978-94-6402-213-1, 177 p.
• Henselmans P., Smit G., Breedveld P. (2019). Hyper-redundantin kirurgisen instrumentin mekaaninen seuraa-johtaja-liike: proof-of-concept-prototyyppi ja ensimmäiset testit. Proc. Inst. Mech. Eng. Part H: Journal of Engineering in Medicine, 10 s.