BITE-Bio-Inspired Technology Group

ontwikkeld in 2016-2017, diameter Ø5 mm

tijdens complexe chirurgische ingrepen, zoals bij schedelbasischirurgie, is het nodig moeilijk bereikbare locaties te bereiken via smalle anatomische gangen. Het uitvoeren van chirurgie langs complexe 3D wegen vereist een snake-achtig instrument dat de 3D vorm van de gevolgde weg onthoudt en de vorm achteruit als het instrument vooruit beweegt. Deze slangenachtige methode van voortbeweging wordt “Volg-de-leider voortbeweging” genoemd, waarbij het hoofd de “leider” is en het lichaam het pad van het hoofd volgt, Zie de volgende animaties:

Volg-de-leider-beweging vereist een gesegmenteerd multi-steerbaar instrument en een geheugen waarin de hoeken van de segmenten kunnen worden opgeslagen en verschoven. In robotbenaderingen gebeurt de activering meestal door een reeks elektromotoren die door een computer worden bestuurd. Hoewel haalbaar, zal dit resulteren in een zeer complex systeem dat extra veiligheidsmaatregelen vereist om betrouwbaarheid tijdens de operatie te garanderen.

in ons streven om een eenvoudiger systeem te creëren, hebben we een alternatieve “follow-the-leader” – benadering onderzocht door gebruik te maken van een mechanisch geheugen. Volgens de ontwerpbenadering van onze MultiFlex bevat de MemoFlex 1 een 12 cm lange, Ø5 mm multistuurbare punt met 14 segmenten die individueel kunnen worden bediend in 28 vrijheidsgraden. Met 56 stuurkabels wordt de punt verbonden met een buigbare handgreep. Wanneer het handvat in een bepaalde vorm is gebogen, wordt de vorm gespiegeld en gerepliceerd door de punt.

het vormgeheugen is een voorgebogen roestvrijstalen staaf die door de buigbare handgreep glijdt, aangedreven door een kruk. Als de staaf door het handvat glijdt, wordt zijn vorm gedetecteerd door een 3D-geprinte compliant helicoid insert dat het handvat de vorm van de staaf nauwkeurig laat volgen. Het mechanisme repliceert de handgreep-vorm aan de punt die dan langs een gebogen weg zal manoeuvreren gelijkwaardig aan de vorm van de voorgebogen staaf. De vorm van de voorgebogen staaf kan worden afgeleid van CT-of MRI-beelden.

ons nieuwe kopieer – en-replicatiemechanisme laat veelbelovende resultaten zien. Toch heeft het prototype een hoge mechanische complexiteit. Daarom hebben we dit onderzoek voortgezet met een verbeterd prototype, de MemoFlex 2, dat een verbeterd vormgeheugenmechanisme en een sterk vereenvoudigde 3D-geprinte tip bevat.

Publicaties

• Henselmans P. W. J. (2020). Mechanische slangen-pad volgende instrumenten voor minimaal invasieve chirurgie. PhD-thesis, TU Delft, ISBN 978-94-6402-213-1, 177 p.
• Henselmans P., Smit G., Breedveld P. (2019). Mechanische volg-de-leider beweging van een hyper-redundant chirurgisch instrument: proof-of-concept prototype en eerste tests. Proc. Inst. Mech. Eng. Deel H: Journal of Engineering in Medicine, 10 blz.