Interaktiivinen kirurginen robotti MRI-ympäristöön

Esitys aiheesta: "Interaktiivinen kirurginen robotti MRI-ympäristöön"— Esityksen transkriptio:

1 Interaktiivinen kirurginen robotti MRI-ympäristöön
KITARA-ohjelman päätöstilaisuus Yrjö Louhisalmi Oulun yliopisto, Konetekniikan osasto

2 Tutkimustyön budjetti
Tutkimuskonsortio Oulun yliopisto Mekatroniikan ja konediagnostiikan laboratorio Optoelektroniikan ja mittaustekniikan laboratorio Informaationkäsittelyn laboratorio, Konenäön ryhmä VTT Elektroniikka Tutkimustyön budjetti euroa vuosina

3 Tutkimuksen tavoitteena
Kirurginen robotti MR-ympäristöön Interaktiivinen Yrjö Louhisalmi

4 Magneettiresonanssi (MR) -ympäristö
Ei ionisoivaa säteilyä Kolmiulotteinen (3D) kuva Hyvä pehmytkudoskontrasti Funktionaalinen kuvaus Voimakas vaihteleva magneettikenttä Lähettää ja vastaanottaa radiotaajuisia signaaleja Yrjö Louhisalmi

5 MR-yhteensopivan robotin edut
Ei häiritse MR-kuvausta: iMRI Tarkka ja vakaa toiminta Lyhyempikestoiset toimenpiteet Kirurgin työergonomia paranee Vähentää henkilökunnan EM-altistusta Mahdollisuus reaaliaikaisen kuvan käyttöön toimenpiteen suorittamisessa Yrjö Louhisalmi

6 Mahdollisia toimenpiteitä
Näytteiden otto aivoista ja muista elimistä Kasvainten poistot Nivelpintojen käsittely, esim. lonkkaleikkaus Aktiivisen lääkeannostelijan vieminen ihmiskehoon Yrjö Louhisalmi

7 Mekatroniikka ja MR-yhteensopivuus
Sähköinen yhteensopivuus: Pyörrevirrat Magneettinen yhteensopivuus: Käyttäytyminen voimakkaassa magneettikentässä, näkymättömyys MR-kuvassa Bioyhteensopiva ja steriloitavissa oleva Myös osien muoto vaikuttaa yhteensopivuuteen Yrjö Louhisalmi

8 MR-yhteensopivat materiaalit
Tiheys (g/cm3) Atomipaino Suskeptiivisuus (106) Grafiitti 2.26 12.011 -595 Hiili -204 Vismutti 9.75 208.98 -164 Kulta 19.32 196.97 -34 Elohopea 13.546 200.59 -28 Hopea 10.5 107.87 -24 Korundi 3.97 101.96 -18.1 Sinkki 7.13 65.39 -15.7 Silikoni 3.44 140.28 -9 Kupari 8.92 63.546 -9.63 Vesi 0.933 18.015 -9.05 Alumiini 2.7 26.98 20.7 Titaani 4.54 47.88 182 Ruostumaton teräs 8

9 MR-yhteensopivuuden toteutuminen
Materiaaleina käytetään alumiinia, hiilikuitua ja muoveja. Sähköiset komponentit viedään pois kuvausalueelta ja suojataan. Kuvausalueelle tulevan robotin ranteen anturointi perustuu optisiin ja voimanvälitys mekaanisiin ratkaisuihin. Yrjö Louhisalmi

10 Paljon tutkimustyötä …
laboratorioproto Neuronavigaattori Laakeritukimus The laboratory version of the robot is working now. The clinical version is under development. The design is based on earlier experience from hand-used navigation devices. We must do research with MR-compatible parts of the robot, such as bearing materials, joint transducers and power transmission. We have done also manufacturing research, this optical encoder code wheel, for example, was manufactured by water jet laser, coworking with ITW Chemnitz, Germany. Voimansiirtotutkimus Kliininen versio Nivelanturitutkimus

11 ... Tuloksena MR-yhteensopiva robotti
Hiilikuituinen MR-varsi Ranteen moottorit Sähkötön ja ei-magneettinen ranne Alumiininen runko Suojattua elektroniikkaa

12 MR-yhteensopiva ranne
Optinen kulma-anturi Voimanvälitys nailonpunoksella Optinen ohjaussauva Biopsia-neula Yrjö Louhisalmi

13 Ohjaustietokone Moottorivahvistimet 6 kpl EM-suojakotelo
PC/104 Linux PC IO-kortti 2 kpl Yrjö Louhisalmi

14 Ohjausohjelmisto 6 nivelisen robotin reaaliaikainen interaktiivinen ohjaus. Perustuu RTLinux –alustaan ja Robot Control C Library –kirjastoon. Mahdollistaa robotin koordinoidun ohjauksen sekä interaktiivisesti ohjaustikuilla että ohjelmallisen ohjaamisen annettuun asemaan. Lääketieteellisten sovellusten toteuttaminen on suhteellisen helppoa ja nopeaa. Yrjö Louhisalmi

15 Ohjausominaisuudet Manuaalinen ohjaus sauvalla kuvaustilan ulkopuolelta Manuaalinen ohjaus robotin kärkeen integroidulla optisella ohjaussauvalla Automaattinen ohjaus annettuun pisteeseen, tulevaisuudessa MR-kuvainformaation perusteella Yrjö Louhisalmi

16 Muita tuloksia 1 väitöskirjatyö 3 lisensiaatintyötä 6 diplomityötä
Useita julkaisuja

17 Tutkimuksen jatkaminen
Tutkimukset laboratoriossa ja aidossa MR-ympäristössä Robottiavusteisten toimenpiteiden rutiineiden kehittäminen Seurantatutkimus toimenpiteistä Kehitystarpeiden kartoitus Teknologian ja kokemusten kaupallistaminen Yrjö Louhisalmi

18 ”Kirurginen robotti, kiitos”
At the last but not least, the robot must work as similar tool as other are: easy to use, small in size and really effecting the operation. The robot may disturb imaging due to Materials Electric currents of motors and transducers Movements The imaging scanner may disturb the robot due to Eddy currents Strong magnetic field ”Kirurginen robotti, kiitos”

19

20 Säätöteoriaa Toimiva laboratorioversio Envision -simulatioympäristö
Motion control is based on joint sensors of the robot as usual. In addition, we use commercial and widely used infrared navigation system, called Polaris, as an independent reference. Control algorithms were tested in simulation environment and are now implemented to use. The first surgical application will be biopsy operation, picking of small sample from the brain. Later, we develop more complex operations, such as laser treatments. Also in future, very small treatment units could be inserted inside brain using this robot. Lasertutkimus Polaris IR-navigatiosystemi