半自主脊椎塑造器械:基于皮埃佐和基于螺杆的虫驱动设计的比较
Michelle J Song1, Benjamin D Killeen2, Justin D Opfermann1
1Department of Mechanical Engineering, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA.
概括
两种灵感来自虫的新型机器人提供半自主,高精度的管插入, 解决目前的极小侵入性治疗的局限性. 螺旋虫机器人表现出卓越的可视化,更适合临床应用.
科学领域:
- 医疗中的机器人
- 最少侵入性的手术
- 生物医学工程
背景情况:
- 脊椎压缩骨折影响全球超过2亿人.
- 皮肤脊椎整形术是一种常见的治疗方法,但也有局限性.
- 挑战包括长时间的辐射暴露和提供者的学习曲线.
研究的目的:
- 开发和评估两种用于半自主,高精度道插入的机器人设计.
- 解决目前脊椎整形手术的局限性.
- 为了比较两个不同的基于虫的机器人设计的性能和适用性.
主要方法:
- 开发了两种基于虫机制的机器人设计:一种是压电式,另一种是线性执行器 (螺丝).
- 设计用于≥150N的推力和亚毫米精度.
- 用有限元分析 (FEA) 和成像试验进行了评估.
主要成果:
- 这两种设计都证明了在基板变形最小的情况下产生线性运动的可行性.
- 螺旋虫的设计显示了44.4%更小的外科足迹.
- 螺旋虫设计提供了卓越的管插入轨迹可视化.
结论:
- 这两种机器人设计都符合脊椎整形中管插入的临床要求.
- 螺旋虫机器人更适合于半自主脊椎整形,因为它的足迹更小,可视化更好.
- 机器人辅助有望提高脊椎整形手术的精度并减少手术上的挑战.
