Precise Elmo Power for Robotic Neurosurgery

머신 요구 사항

EDEN2020 시스템의 조종 가능한 바늘은 수술 전 MRI 스캔과 수술 중 초음파 이미지를 사용하여 경로 명령을 생성하고 조직 손상을 최소화하기 위해 뇌를 통해 빠르고 정확한 경로를 탐색할 수 있는 유연한 바늘인 프로그래밍 가능한 베벨 팁 니들(PBN)을 기반으로 합니다. PBN이 종양에 도달하면 화학요법 페이로드를 조직에 직접 전달합니다. PBN은 4개의 연동되는 세로형 플라스틱 세그먼트로 구성되며, 각 세그먼트에는 약물 전달 채널이 통합되어 있고 말단에는 무철 모터로 구동됩니다. 이 채널에는 형상 감지에 사용되는 광섬유 케이블도 포함되어 있습니다. 이 시스템은 한 세그먼트를 앞으로 밀어 다른 세그먼트 위로 미끄러지도록 함으로써 바늘 끝이 크게 구부러지게 하여 바늘이 뇌 구조를 통과하여 깊숙이 박힌 종양까지 표적화할 수 있도록 합니다.

뇌를 통해 로봇 카테터를 조종하는 것은 높은 성능이 요구되는 야심찬 목표입니다. 4축 시스템은 오류가 발생하면 돌이킬 수 없는 피해를 초래할 수 있기 때문에 높은 동기화 및 정밀도가 필요합니다. 낮은 수준의 제어 범위에서 시스템은 10μm의 정확도로 작동해야 합니다.

성능은 과제의 일부일 뿐입니다. 수술실에서 구성 요소는 작고 조용해야 하며 다른 중요한 수술 기기의 영상이나 신호를 방해하지 않아야 합니다.

Elmo Motion control 솔루션

• Gold Twitter 서보 드라이브
• Platinum Maestro 다축 모션 컨트롤러

서보 드라이브

임페리얼 칼리지 팀은 안전이 가장 중요했기 때문에 시중에서 판매되는 가장 작은 STO(SIL-3) 인증 드라이브인 Elmo Gold-Twitter(G-TWI) 서보 드라이브를 선택했습니다. 35mm x 30mm에 불과한 이 드라이브는 휴대용 수술 스테이션의 설치 공간을 최소화하고 효율적인 펄스 폭 변조(PWM) 스위칭 프로세스를 통해 EMI 필터와 같은 외부 장치를 사용하지 않고도 IEC61800-3 및 IEC61326-3-1 국제 표준을 충족하는 매우 낮은 EMI를 구현합니다. 전도성 및 방사성 방출도 매우 낮아 의료용 애플리케이션에 적합합니다.

컨트롤러 솔루션

이 시스템은 경로를 계획하기 위해 폐쇄 루프 피드백과 MRI 및 초음파 장치의 입력을 기반으로 하는 고성능 모션 컨트롤러가 필요합니다. 임페리얼 칼리지 팀은 모든 드라이브에 대한 간단한 상호 연결, 모션 알고리즘 라이브러리, EtherCAT, 마스터(완전한 이중화 지원) 및 EtherCAT 슬레이브 네트워크를 포함한 자동 향상된 필드 버스 지원 등의 기능을 통해 모션 통합을 간소화하는 상용 모션 컨트롤러인 Platinum Maestro (P-MAS)를 선택했습니다. 모든 드라이브 파라미터를 제어하여 유지보수 작업을 간소화하고 가동 중단 시간을 최소화합니다. 또한 Platinum Maestro 임페리얼 프로젝트에서 250µs의 속도로 EtherCAT을 순환하는 등 향상된 필드버스 지원 기능을 제공합니다.

결과

EDEN2020 프로젝트는 고성능과 최소한의 EMI를 갖춘 작고 안정적인 부품을 필요로 하는 야심찬 목표를 가지고 있습니다. Elmo Motion Control Gold Twitter 드라이브와 Platinum Maestro 컨트롤러는 소형의 저EMI 솔루션으로 높은 성능과 안정성을 제공했습니다. 사용 편의성을 위해 설계된 특수 기능으로 통합을 간소화하고 귀중한 엔지니어링 리소스를 절약했습니다. 이 프로젝트의 연구원인 Eloise Matheson은 " Elmo Motion Control 기술의 핵심 이점 외에도 개발 시간을 단축할 수 있다는 점이 이 프로젝트의 제어 솔루션 선택에 중요한 요소였습니다."라고 말합니다.

EDEN2020의 프로젝트 코디네이터인 페르디난도 로드리게스 이 베나 교수는 다음과 같이 덧붙입니다: "이 시스템은 수술 중 지속적으로 변형하는 뇌 해부학을 타의 추종을 불허하는 정확도, 정밀도 및 업데이트 속도로 감지하고 인식할 수 있을 것입니다."