Sterowanie trajektorią narzędzia robota przy pomocy zadajnika haptycznego w operacjach stereotaktycznych mózgu

• Autorzy: Marszalik D. , Sibielak M. , Rączka W. , Konieczny J.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nowoczesna medycyna daje pole do wykorzystania różnego rodzaju robotów. Jednym z istotnych zagadnień związanych z robotyką medyczną jest wykorzystanie robotów na salach operacyjnych do wspomagania operacji chirurgicznych. Przy ich projektowaniu konieczne jest uwzględnienie specyficznych potrzeb obszaru chirurgii, w jakim będzie stosowany dany robot. Roboty chirurgiczne wymagają również specyficznego sposobu programowania. Nie jest możliwe, aby wykonywały jedynie wcześniej zaplanowane programy. Dlatego należy stosować programowanie w czasie rzeczywistym. Robot wspomagający operację chirurgiczną może być sterowany przez chirurga przy pomocy zadajnika haptycznego. Jest to układ master-slave, gdzie jako master występuje zadajnik haptyczny z zamontowanym narzędziem, którym porusza chirurg, natomiast jako slave robot wspomagający operację, na ramieniu którego jest zamontowane narzędzie chirurgiczne. W celu zbadania zagadnień związanych ze sterowaniem robotem do zastosowania w neurochirurgii zbudowano demonstrator obejmujący urządzenie haptyczne, robota przemysłowego, kamery oraz komputery, których zadaniem jest komunikacja pomiędzy elementami układu i użytkownikiem oraz przetwarzanie danych. W artykule tym omówiono sterowanie pozycją narzędzia umieszczonego na robocie przy pomocy ruchów urządzenia haptycznego zadawanych przez osobę sterującą, czyli w przypadku zastosowań medycznych chirurga. Opisano matematyczne i programistyczne aspekty sterownia pozycją. Omówiono rolę poszczególnych elementów systemu w procesie zadawania trajektorii oraz sposób komunikacji między nimi. Uwzględniono niektóre z warunków bezpieczeństwa, jakie muszą być spełnione w przypadku zastosowań robota w chirurgii. Opisane zagadnienie jest częścią większego systemu służącego do badań nad zastosowaniem robotów w neurochirurgii.

Słowa kluczowe

PL

robot medyczny; robot chirurgiczny; sterowanie robotem; operacja mózgu

EN

medical robot; surgical robot; robot control; brain surgery

• Wydawca: Międzynarodowe Stowarzyszenie na rzecz Robotyki Medycznej
• Czasopismo: Medical Robotics Reports
• Rocznik: 2014
• Tom: vol. 3
• Strony: 19--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Marszalik D.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Automatyzacji Procesów

autor

Sibielak M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Automatyzacji Procesów

autor

Rączka W.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Automatyzacji Procesów

autor

Konieczny J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Automatyzacji Procesów

Bibliografia

• [1] T. a Mattei, A. H. Rodriguez, D. Sambhara, and E. Mendel, “Current state-of-the-art and future perspectives of robotic technology in neurosurgery.,” Neurosurg. Rev., vol. 37, no. 3, pp. 357–66; discussion 366, Jul. 2014.
• [2] P. Das, T. Goyal, and A. Xue, “Simulation Training in Neurological Surgery,” vol. 1, no. 1, pp. 1–6, 2014.
• [3] G. R. Sutherland, S. Wolfsberger, S. Lama, and K. Zarei-nia, “The evolution of neuro Arm.,” Neurosurgery, vol. 72 Suppl 1, no. January, pp. 27–32, Jan. 2013.
• [4] J. Guo and S. Guo, “A haptic interface design for a VR-based unskilled doctor training system in Vascular Interventional Surgery,” 2014 IEEE Int. Conf. Mechatronics Autom., pp. 1259–1263, Aug. 2014.
• [5] R. Clarke and I. Introduction, “A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery - Biomedical Engineering, IEEE Transactions on,” vol. 35, no. 2, 1988.
• [6] P. Kazanzides, J. Zuhars, B. Mittelstadt, B. Williamson, P. Cain, F. Smith, L. Rose, and B. Musits, “Architecture of a surgical robot,” [Proceedings] 1992 IEEE Int. Conf. Syst. Man, Cybern., pp. 1624–1629.
• [7] A. R. Lanfranco, A. E. Castellanos, J. P. Desai, and W. C. Meyers, “Robotic surgery: a current perspective.,” Ann. Surg., vol. 239, no. 1, pp. 14–21, Jan. 2004.
• [8] Z. Nawrat, “Robin heart progress - advances material and technology in surgical robots,” Bull. Polish Acad. Sci. Tech. Sci., vol. 58, no. 2, pp. 323–327, Jan. 2010.
• [9] R. a. Beasley, “Medical Robots: Current Systems Research Directions,” J. Robot., vol. 2012, pp. 1–14, 2012.
• [10] M. Mitsuishi, “Master – slave robotic platform and its feasibility study for micro-neurosurgery,” no. May 2012, pp. 180–189, 2013.
• [11] S. Eljamel, “Evaluation of a neurosurgical robotic system to make accurate burr holes,” no. January, pp. 101–106, 2011.
• [12] W. Tianmiao, W. Jun, H. Lei, and L. Wenyong, “An Internet Robot Assistant Tele-neurosurgery System Case A„. I,” pp. 2845–2849, 2006.
• [13] T. Haidegger, T. Xia, and P. Kazanzides, “Accuracy improvement of a neurosurgical robot system,” 2008 2nd IEEE RAS EMBS Int. Conf. Biomed. Robot. Biomechatronics, pp. 836–841, Oct. 2008.
• [14] W. Shen and J. Gu, “Robotic Neurosurgery and Clinical Applications,” no. August, pp. 114–119, 2004.
• [15] J. Marescaux, J. Leroy, F. Rubino, M. Smith, M. Vix, M. Simone, and D. Mutter, “Transcontinental Robot-Assisted Remote Telesurgery: Feasibility and Potential Applications,” Ann. Surg., vol. 235, no. 4, pp. 487–492, Apr. 2002.
• [16] D. Liu and T. Wang, “A Workflow for Robot Assisted Neurosurgery,” 2006 IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robot. Syst., pp. 2870–2875, Oct. 2006.
• [17] M. Sibielak, W. Rączka, J. Konieczny, M. Moskała, and M. Krupa, “Robot Control System for Stereotactic Surgery,” Solid State Phenom., vol. 198, pp. 45–52, Mar. 2013.
• [18] J.-S. Oh, S.-H. Choi, and S.-B. Choi, “Control of repulsive force in a virtual environment using an electrorheological haptic master for a surgical robot application,” Smart Mater. Struct., vol. 23, no. 1, p. 015010, Jan. 2014.
• [19] S. Kapoor, P. Arora, V. Kapoor, M. Jayachandran, and M. Tiwari, “Haptics - touch feedback technology widening the horizon of medicine.,” J. Clin. Diagn. Res., vol. 8, no. 3, pp. 294–9, Mar. 2014.
• [20] A. A. Syed, X. Duan, A. N. Khizer, M. Mengli, X. Kong, and Q. Huang, “Design and Implementation of Probe Driver Teleoperative Force Feedback System,” TELKOMNIKA Indones. J. Electr. Eng., vol. 12, no. 6, pp. 4215–4221, Jun. 2014.
• [21] D. Marszalik, “Application of haptic omni device to determination of the set point trajectory,” Proc. 2014 15th Int. Carpathian Control Conf., pp. 332–335, May 2014.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).