Mechatronic Systems in Surgery Robotics

Hassas mekanik mühendisliğin, yüksek hızlı elektroniklerin ve determinist kontrol yazılımının yakınlaştırılması, insan kapasitesinin sınırlarını zorlayan görevleri yerine getirmede cerrahi robotlara olanak sağlamıştır. Bu mechatronic sistemleri, cerrahın niyeti ve aracı arasındaki fiziksel zeka katmanı olarak hizmet eder ve en az olarak dayanılmaz erişim noktalarında çalışır.

Bu sistemlerdeki hatanın marjı mikrometrelerde ölçülmektedir. Bu, bu geri bildirimde bulunan donanım-yukanlaştırmanın seviyesini talep eder ve en az cerrahi veya histerilere sahip cerrahi siteye giden sağlam bir mekanik yapıdır. Tasarım süreci genellikle MATLAB ve Simulink gibi araçlar kullanarak kontrol edilen hareketlerle başlar, bu geri bildirimde bulunan ve mekanik etkileşimleri işlemek için mühendislere izin verir.

Hassas Hareket için Akışkan Teknolojiler

Harekete değerleme teknolojisi seçimi, robotun hassas, ücret yükü kapasitesi ve güvenlik özellikleri.ETHFLT:0)Harmonik sürücü hareketleri (Dönetici), son derece toplanıcı cihazlar nedeniyle cerrahi uygulamaları için baskın bir seçim olarak kalır.For applications requireing even finerero backlash.

[FONT=0]Direct-drive tok motorlar[Döneticileri ], özellikle de hızlı yeniden inşa edilen proksimal eklemler için, motorlar doğrudan, şarj olmadan bağlantı hataları geri yükleme ve bu basitlik talepleri dışsal rahatsızlıklar için telafi etmek için karmaşık bir kontrol algoritmaları sağlar.In ultra-miniaturized aletleri için kullanılan motorlar için, direkt olarak şarj edilebilir.Influence-pe alaşım hafıza hareketleri[Döneticileri değiştir][Döneticileri, elektriksel olarak, elektriksel olarak, yüksek çözünürlükte 100 metreye kadar olan elektriksel olarak şarj edilebilir.

Sensör Sistemleri ve Geri Bildirimli Dalgalar

Cerrahi robotikte dayanıklılık, her bir ortakta, devrim başına 20 bit ulaşan kararlarla, tüm zamanların manipülatörün tam konfigürasyonunu bilmesine olanak tanır.(0)Optical encoders) Her bir ortakta monte edilen mutlak pozisyon bilgisi, sistem, tüm zamanların 20 bitlerine ulaşırken, kontrol edicilerinin tam olarak yapılandırmasını mümkün kılar.

Mikrosurgical uygulamalar için, sensör performansı talepleri aşırıdır. Retinal venülasyon, mekanik suratlama nedeniyle sub-millinewton çözünürlüğünü kullanarak hassas tekne duvarları kullanarak algılamayı gerektirir.ETHFLT:0)Fiber Bragg granüler[Döneticileri[Dönemeler[Dönemeler) ve optik projeksiyonlar ile ilgili olarak, elektrotsal uyarıları kullanarak, manyetik bir şekilde müdahale ve uyumluluk sağlayarak, modern veri kümesini kullanarak farklı şekillerden uzaklaştırma sağlar.

Gerçek Zamanlı Kontrol Mimarileri

Kontrol sistemi, sensör girişlerini ve hesaplama eyleminin komutlarını, çoğu cerrahi robotlar için temel mimariyi, genellikle mevcut döngüler için 100 mikrosaniyeden uzak pozisyon ve kuvvetle hareket ettirebilmeleri için işlem yapmalıdır. ”ŞUygunluk kontrolü) Sistemi dış döngü performansı etkileyenden önce daha hızlı iç döngüler ile dengelemek için temelsel mimariyi şekillendirir.

İleri hap cerrahisi gibi gelişmiş yetenekler için, hedef tahmin edilebilir ancak önemli bir amplitüdle, 03:0) Modelleme kontrolü) önemli avantajları sunar. MPC, robotun matematiksel bir modelini kullanır ve hastanın kontrolünü sağlar[Dönetici sınırları ve güvenlik kısıtlamalarına saygı gösterirken, robotun bir mekanik engelleyici kontrole saygı göstermesine izin verir. ve 03).

Güvenlik değerlendirmeleri, VxWorks veya RT-Linux gibi gerçek zamanlı işletim sistemleri arasındaki kontrol sistemleri tespit eder ve bu nedenle, görev süresiz işlem için belirli koşulları garanti eder.Kapital-tavaplama mantığı tespit eden hataları tespit eder (https://www.fda.gov/regulgu-bilisim-dosi-tafik-tagram-dosi-tabi-tabi-tabi-ve-ve-sabitki-tabi-tabiygu-tabi-tav-devre-devre-de-s-doktorlar-de-s-sif-sif-sif-sif-sifikasyonlar-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-siflet-sifletme-siflet-sif-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s

Mekanik Mimari ve Kinematik Tasarım

Bir cerrahi robotun fiziksel yapısı doğrudan çalışma alanını, dexterity ve sertlik özelliklerini belirler.ETHFLT:0)Seriel manipülatörler), seri kollarının geri dönüştüğü durumlarda, hataların zincir boyunca toplanıp sezgiselleştirilmesi, araçta daha büyük pozisyonlara çevrilmesi gerekir.For turnoskopik cerrahi için uygun olarak, bu sınırlamalar önemlidir.

[FONT=0]Parallel kinematik mekanizmaları[Dönetici:0) Bu, belirli bir yapısal ağırlık için yüksek sertlik ve doğruluk sağlar.Sistemin başarısız olduğu için, yüksek çözünürlükte olan bir mikro hareketle alt üst düzeye doğru hareket eden, yüksek çözünürlükte olan yükleri dağıtır.The trade-off comes in lower workspace volume and more complex single values that require careful operator...

Cerrahi manipülatörler için malzeme seçimi, mekanik özellikleri biyokompatlanabilirlik ve sterilizasyon gereksinimleri ile dengelemeyi içerir.ETHFLT:0)Titanium alaşımları), Ti-6Al-4V gibi, yüksek bir güç-kırıklık oranı, korozyon direnci ve kumar radyasyon ve buharlaştırma ile uyumluluk sağlar.ETHFLT:2).Carbon Fiber Optik[Döneticileri), intraoperatif görüntülemeye müdahale etmeyen, onları CT veya rehberlik altında kullanılan aletler için değerli kılar.

Alet Tasarımı ve Miniaturization

Daha az invazif cerrahiye yönelik eğilim sürekli cerrahi enstrümanların kısaltılmasını sağlar, mechatronic tasarımını sınırlara ittir.Tek-port laparoskopları için aletler, 8 milimetre kadar uzun süre boyunca aralıkları kullanarak veya yeterli güç nesli sağlar. [DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

DÖRT:0)Cable-aktif iletimler[Dönetici: 0,2|Dönergeli sistemler ve dar miller yoluyla eğriliklerin etrafında yol açma yeteneği nedeniyle, karmaşık olmayan kanallardan gelen gerilimler ile bu tür baskıları doğrultamaz, doğrulayıcılar ve hareketsiz olarak dağıtılabilirler.

Güvenlik Mühendisliği ve Düzenleme Yolu

Cerrahi mechatronics, tüm öngörülebilir koşullar altında başarısız olan davranışları kapsamak için basit güvenilirliklerin ötesine geçer. Uluslararası standartlar:0)IEC 60601-1) ve eylemciler. Red dışı:2)ISO 14971[Dörtücüler, kontrol edici olmayan bir şekilde kontrol altına alınıp, bir akışta başarısız olan iki kontrol edici bir şekilde kontrol altına alınmalıdır.

Yazılım güvenliği aşağıdaki gibi takip eder:0)IEC 62304[[Dönetici:0) Yaşam döngüsü gereksinimleri, hangi kontrol algoritmalarının hasta zarar vermesine dayanan yazılım bileşenlerinin belirlenmesi ve uygulama hatalarının riskine doğrudan katkıda bulunabilmesi için otomatik olarak yazılım güvenliği için en titiz doğrulama gerektirir.

Mekanik güvenlik ötesinde, sistem düzeyindeki davranışlar, robotun yüksek enerji radyo frekansı alanlarının oluşturulması için hasta izleme ekipmanı veya succumb ile müdahale etmemesi için geniş çaplı testlerle doğrulanmalıdır.Demokratlı testler, yüksek enerji radyo frekansı alanlarının belirlenmesinde robotun performansını doğrulamaktadır.

İnsan-Makine Interfaces and Ergonomi Design

Cerrahın konsolu insan bilişine ve mechatronic infazına karşı kritik arayüze sahiptir.Ücretsiz teleoperatifi ) Sistemler, cerrahın el hareketlerini parmaklıklarını geri getirmek için geri çevirerek, erken teleoperatif sistemlere geri dönmek için geri dönüşler sağlar.Bu haptik kanal, stabilite problemlerini önlemek için geri bildirimde bulunur, ancak modernize edici ustalar))

Ergonomik olarak, cerrah performansı ve uzun vadeli sağlık. Konsol tasarımları, tarafsız bir kol duruş kullanarak cerrahi işgücüne katkıda bulunan antropometrik varyasyonu karşılamalı ve kas yorgunluğunu azaltmayı destekler.Aptal kolrests, ayak pedal koltuklarının mantıksal haritalama ile kontrol etmesine izin verir ve yüksek çözünürlüklü stereoskop ekranlarını tüm kritik prosedürlerin doğru şekilde optimize etmesi için gerekli olan bir çalışma alanına katkıda bulunur.Profesyonel arabirimler:0-tracking technology).

Yapay Zeka ve Özerk Yetenekler

Mechatronic donanımı ile yapay zekanın entegrasyonu, cerrahi robotlara, kanama veya doku iskemisi gibi anatomik araçları tanımlamaya muktedir hale getirmek için dönüştürülür. [PCT:0]Bilgisayar vizyonu modelleri, konvolutional sinir ağları üzerine kuruluptörlük aletlerine göre, belirli bir güvenlik bölgelerinin ötesine geçmeleri ve doğrudan kontrol sistemine beslemeleri engelleyici komplikasyonları tespit eder.

[FONT:0]Reinforcement learning[[Dönetici:0)[Döneticileri, bu çalışmadaki belirli cerrahi alttaslar için tren politikalarına uygulanmakta veya optimal yörüngeye uygun olarak, doğrulanan politikaları kullanarak, doğrudan yorumlanmış kodlarla geçiş yapmadan motor kontrol döngüsüne enjekte etmek için yapılan simülasyonda eğitim verilmektedir.

Sterilizasyon ve Perioperatif İş Akışı Bütünleşme ve

Operasyonel iş akışına güvenilir bir şekilde sterilize edilemeyen ve entegre edilemeyen cerrahi bir robot asla klinik kabul etmeyecektir. Mechatronic bileşenleri çatışma koşullarını yerine getirmeli: henüz sıvıyı ingre, güçleri verimli bir şekilde iletmeye devam etmeli ve yüzlerce sterilizasyon döngüsüne karşı hassas tutmalıdır.]Denizcilik stratejileri) Ortaklar ve eylemciler için mekanik özelliklerini korumak için mekanik özellikleri korumak için dayanıklı kalıplar ile bir araya gelmelidir.

Sterile draping sistemleri, non-sterile robotik kolu ve steril cerrahi alanı hareket veya sensör işlevi ile müdahale etmeden bir engel oluşturur. Optik takip işaretleyicileri, tıbbi cihaz yeniden işleme için kapsamlı standartlarda bulunmamalıdır ve cihaz yönlendirmesi için hızlı bağlantı mekanizmalarına tabi tutmalıdır. Tüm mechatronic testleriyle uyumlu ve elektriksel tasarımlara bağlanmak zorundadır.

Geçerlilik, Test ve Klinik Çeviri

Laboratuvar prototipinden klinik ürüne giden yol, birden fazla seviyede yorucu bir doğrulama gerektirir.Ücretsiz yaşam testleri (0)Phantom modelleri[Dönetici özellikleri ile), mühendislik özellikleri ile ilgili hataların sınıflandırılması, robotun tekrarlanabilirliği ve tıbbi kontrol edilen koşullar altında dinamik yanıtın belirlenmesine izin verir.

Klinik çeviri laboratuvarda tam olarak çoğaltılamaz karmaşıklıkları ortaya koyar. Hastane bilgi sistemleri ile entegrasyon, resim arşivleme sistemleri ve cerrahi zamanlama yazılımı, HIPAA gibi veri güvenlik standartlarına uygun olarak Avrupa'da ve GDPR gibi karmaşıklıkları sunar. Gerçek dünya kullanımı genellikle genişletilmiş bir ürün prosedürleri sırasında ortaya çıkan ince konular hakkındadır: Sensörler, yazılım zamanlama değişiklikleri yükleme altında sürüklenme, veya birkaç saat boyunca sistemle çalışan cerrahi işlemlerden ergonomik şikayetler.

Gelişen Sınırlar ve Gelecek Yollar

Cerrahi mechatronics'in akıtlığı ile birlikte:0)5G kablosuz ağ[DKD 1) daha önce iletişim gecikmeleri için tasarlanmış telesurgery uygulamaları, yüksek çözünürlüklü video, haptik verilerle iletme ve kontrol komutlarını binlerce kilometreden fazla kontrol etme imkanına sahip olan kablosuz ağların uzaktan konumlarda uygulama işlemleri yapabilmelerini sağlamak. Mechatronic sistemleri iletişim için tasarlanmış olan uzaktan kumanda sistemleri, gecikme olmadan verileri sıkıştıran ve önceliklendirmek zorundadır.

Miniaturizasyonun sınırında, [[0)manyetik hareket gösterimleri[[Döneticiler ve [[Dönetici makineleri[Döneticiler)[Döneticiler) ve araştırma gruplarının fiziksel bağlantıların mümkün olmadığı bir gelecekteki öngörüler için tedavi edilebilir mikro-robotlar (projeksiyon robotları) tamamen yeni yaklaşımlara ihtiyaç duyar.

Gelişen özerklik, belirli alttasları insan performansını aşan tutarlılık ile uygulayabilecek en acil sınırı temsil eder. Mechatronic tasarımcıları, önümüzdeki on yıldaki modüler donanım mimarisinin binaları ile bu değişimi, ameliyat öncesi verilere göre şekillendiren standartlaştırılmış arayüzler ile birlikte, yüksek kaliteli hizmetlere erişim sağlamak için standartlaştırır.