Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tích hợp điều khiển và dẫn động vi thủy lực áp suất cao cho dụng cụ phẫu thuật
Tóm tắt
Để giảm thiểu tổn thương phẫu thuật cho bệnh nhân, phẫu thuật xâm lấn tối thiểu ngày càng được coi trọng kể từ những năm 80. Gần đây, phẫu thuật xâm lấn tối thiểu có sự hỗ trợ của robot đã được đưa vào ứng dụng nhằm nâng cao hiệu suất của bác sĩ phẫu thuật trong các quy trình này. Điều này đã dẫn đến việc nghiên cứu chuyên sâu về thiết kế, chế tạo và kiểm soát robot phẫu thuật trong suốt những thập kỷ qua. Một phát triển mới trong lĩnh vực cơ cấu thao tác dụng cụ phẫu thuật được trình bày trong bài báo này: một cơ cấu thao tác linh hoạt với các bậc tự do phân bố, được cung cấp năng lượng bởi các bộ truyền động vi thủy lực. Dụng cụ này bao gồm các đoạn linh hoạt liên tiếp, mỗi đoạn có hai bậc tự do uốn. Để điều khiển những đoạn linh hoạt này, các bộ truyền động khí động lực chuyên dụng được kết hợp, cùng với các van thủy lực nhỏ gọn để kiểm soát chuyển động của bộ truyền động. Đặc biệt, việc phát triển các van vi cho ứng dụng này đã gặp nhiều thách thức và là trọng tâm chính trong bài báo này. Các van phân phối năng lượng thủy lực từ một nguồn cung áp suất cao chung đến một loạt các bộ truyền động cơ bắp nhân tạo. Các thử nghiệm cho thấy biên độ góc của mỗi đoạn của dụng cụ y tế này là 90°.
Từ khóa
#vi thủy lực #phẫu thuật xâm lấn tối thiểu #robot phẫu thuật #cơ cấu thao tác #van vi #Tài liệu tham khảo
G.H. Ballantyne, Robotic surgery, telerobotic surgery, telepresence, and telementoring - Review of early clinical results. Surg. Endoscop. Interv. Techniques 16(10), 1389–402 (2002)
D.G. Caldwell, G.A. Medranocerda, M.J. Goodwin, Braided pneumatic actuator control of a multi-jointed manipulator, 1993 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, pp. 423–428
A. De Greef, P. Lambert, A. Delchambre, Prec. Engineer. J. Int. Soci. Prec. Engineer. Nanotech 33, 311 (2009)
M. De Volder, D. Reynaerts, Development of a hybrid ferrofluid seal technology for miniature pneumatic and hydraulic actuators. Sens. Actuat. A. Phys. 152, 234–40 (2009)
M. De Volder, D. Reynaerts, Pneumatic and hydraulic actuators: a review. J. Micromech. Microeng. 20(4), 043001 (2010)
M. De Volder, J. Coosemans, R. Puers, D. Reynaerts, Characterisation and control of a pneumatic microactuator with an integrated inductive position sensor. Sens. Actuat. A. Phys. 141, 192–200 (2008)
M. De Volder, F. Ceyssens, D. Reynaerts, R. Puers, J. Microelectro. Syst. 18, 1100 (2009)
M. De Volder, A. Moers, D. Reynaerts, Fabrication and control of miniature McKibben actuators. Sens. Actuat. A. Phys. 166(1), 111–6 (2011)
M. Doumit, A. Fahim, M. Munro, Analytical modeling and experimental validation of the braided pneumatic muscle. IEEE Trans. Robot. 25, 1282–91 (2009)
R. Gaylord, Fluid actuated motor system and stroking device. U. S. Patent 2, 844–126 (1958)
B. Gorissen, M. De Volder, A. De Greef, D. Reynaerts, Theoretical and experimental analysis of pneumatic balloon microactuators. Sens. Actuat. A. Phys. 168(1), 58–65 (2011)
K. Harada, D. Oetomo, E. Susilo, A. Menciassi, D. Daney, J.P. Merlet, P. Dario, A reconfigurable modular robotic endoluminal surgical system: vision and preliminary results. Robotica 28(SI), 171–83 (2010)
S. Hirose, A. Morishima, S. Tukagosi et al. Design of practical snake vehicle: articulated body mobile robot KR-II, 91 ICAR. Fifth International Conference on Advanced Robotics. Robots in Unstructured Environments, Pisa, Italy Date: 19–22 June 1991, vol. 1, pp. 833–838.
O.C. Jeong, S. Konishi, J. Microelectro. Syst. 15, 896 (2006)
V. Karimyan, M. Sodergren, J. Clark, G.-Z. Yang, A. Darzi, Navigation systems and platforms in natural orifice translumenal endoscopic surgery (notes). Int. J. Surg. 7, 297304 (2009)
J.-W. Kim, K. Yoshida, K. Kouda, S. Yokota, Sens. Actuat. A. Phys. 156, 366 (2009)
G. Klute, B. Hannaford, Accounting for elastic energy storage in mckibben articial muscle actuators. Trans. ASME. 122, 386–8 (2000)
S. Konishi, 2011 International Meeting for Future of Electron Devices (IMFEDK) 2011.
S. Konishi, F. Kawai, P. Cusin, Sens. Actuat. A. Phys. 89, 28 (2001)
Y.-W. Lu, C.-J. Kim, App. Phys. Let. 89, (2006)
R. Nayyar, N.P. Gupta, Critical appraisal of technical problems with robotic urological surgery. BJU Int. 105(12), 1710–3 (2010)
K.W. Oh, C.H. Ahn, A review of microvalves. J. Micromech. Microeng. 16, R13–39 (2006)
J. Peirs, J. Clijnen, D. Reynaerts, H. Van Brussel, P. Herijgers, B. Corteville, S. Boone, A micro optical force sensor for force feedback during minimally invasive robotic surgery. Sens. Actuat. A. Phys. 115, 447–55 (2004)
C. Raoufi, A. A. Goldenberg, W. Kucharczyk, J. Biomed. Scie. Engineer. 1, (2008)
D. Reynaerts, J. Peirs, H. Van Brussel, A mechatronic approach to microsystem design. IEEE-ASME Trans. Mech. 3(1), 24–33 (1998)
A. Ruzzu, K. Bade, J. Fahrenberg, D. Maas, J. Micromech. Microeng. 8, 161 (1998)
D. Stoianovici, A. Patriciu, D. Petrisor, D. Mazilu, L. Kavoussi, IEEE ASME Trans. Mechatron. 12, 98 (2007)
K. Suzumori, A. Koga, F. Kondo, R. Haneda, Robotica 14, 493 (1996)
K. Tadano, K. Kawashima, Adv. Robot. 24, 1763 (2010)
K. Takemura, S. Park, T. Maeno, J. Sound Vib. 311, 652 (2008)
E. Urata, S. Miyakawa, C. Yamashina, Y. Nakao, Y. Usami, M. Shinoda, JSME Int. J. Series B. Fluids Therm. Engineer. 41, 286 (1998)
S. Wakimoto, K. Suzumori, K. Ogura, Adv. Robot. 25, 1311 (2011)
Y. Watanabe, M. Maeda, N. Yajim, R. Nakamura, H. Iseki, M. Yamato, T. Okano, S. Hori, S. Konishi, Small, soft, and safe microactuator for retinal pigment epithelium transplantation. IEEE MEMS Conf. (2007) pp. 659–62
Y. Watanabe, M. Maeda, N. Yaji, R. Nakamura, H. Iseki, M. Yamato, T. Okano, S. Hori, S. Konishi, 2007 20th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems - MEMS ‘07 2007.
J.D. Waye, D.K. Rex, C.B. Williams, Colonoscopy: Principles and Practice, 2nd edn (Blackwell Publishing Ltd, 2009)
R.J. Webster, A.M. Okamura, N.J. Cowan, Toward active cannulas: miniature snake-like surgical robots, IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robot. Syst. 1–12, 2857–63 (2006)
A. Yamaguchi, K. Takemura, S. Yokota, K. Edamura, A robot hand using electro-conjugate fluid. Sens. Actuat. A. Phys. 170(1–2), 139–46 (2011)