Forskere udvikler metode til at stabilisere robotfingre under operation

Forskere ved Texas A&M University har udviklet en ny kirurgisk teknologi til at stabilisere robotarme under operation. Den nye studie blev offentliggjort i tidsskriftet Scientific Reports.

Robotfingre som en udvidelse af kirurgen

Forskerholdet demonstrerede, at brugere kan have en præcis perception af afstand til kontakt gennem brug af elektriske strømme, der sendes til fingeraftryk. De elektriske strømme forårsager små, men fornemmelige summelyde, og brugere kan kontrollere robotfingre på en mere præcis og nøjagtig måde, når de opererer på ødelige overflader.

Ifølge forskerne kan metoden bruges af kirurger til at reducere utilsigtede skader, nogle af dem, der opstår under robotassisterede operationer.

Hangye Park er en adjunkt i afdelingen for elektroteknik og datateknik.

“En af udfordringerne med robotfingre er at sikre, at de kan kontrolleres præcist nok til at lande blidt på biologisk væv,” sagde Park. “Med vores design vil kirurger være i stand til at få en intuitiv fornemmelse af, hvor langt deres robotfingre er fra kontakt, information, de kan bruge til at røre ødelige strukturer med præcis nok kraft.”

Kirurger bruger robotassisterede operationsystemer, eller telerobotiske operationsystemer, som fysiske udvidelser af sig selv. Kirurgerne kontrollerer derefter robotfingre med bevægelser fra deres egne, hvilket tillader komplicerede procedurer at udføres på afstand. Dette tillader også kirurger at tage imod flere patienter til medicinsk behandling, og på grund af den lille størrelse af robotfingrene kan mindre snit udføres. Med teknologien er kirurger ikke nødt til at lave store snit, som ofte er nødvendige for at rumme kirurgens hænder i patientens krop.

En af de vigtigste aspekter ved at flytte robotfingre præcist er brugen af live-streaming af visuel information, der kommer fra kameraer, der er placeret på telerobotiske arme. Dette kræver, at kirurgerne observerer skærme for at matche deres fingermotion med telerobotiske fingermotion. Dette hjælper dem med at lokalisere, hvor deres robotfingre er, og hvor tæt de er på hinanden.

Ifølge Park er visuel information alene ikke nok til at guide fine fingermotion, hvilket er ekstremt vigtigt, når fingrene opererer meget tæt på hjernen og andre ødelige væv.

“Kirurger kan kun vide, hvor langt deres faktiske fingre er fra hinanden indirekte, det vil sige ved at se, hvor deres robotfingre er i forhold til hinanden på en skærm,” sagde Park. “Denne omsvøbne visning formindsker deres fornemmelse af, hvor langt deres faktiske fingre er fra hinanden, hvilket derefter påvirker, hvordan de kontrollerer deres robotfingre.”

Handske med stimulationssonder

For at overvinde denne udfordring udviklede forskerholdet en alternativ måde at levere afstandsinformation på, og det er uafhængigt af visuel feedback. De gør dette ved at bruge handsker med stimulationssonder, der sender forskellige frekvenser af elektriske strømme til fingertoppe. Ved at gøre dette kunne brugere trænes til at associerer frekvensen af strømpulser med afstand, på en måde, så der er en stigning i strømpulser, når et testobjekt kommer nærmere.

Teknologien var specifik for brugerens følsomhed over for elektriske strømfrekvenser. Dette betyder, at i tilfælde af en bruger, der er følsom over for en bredere række af strømfrekvenser, blev afstandsinformationen leveret med en mindre stigning i strøm.

Ifølge forskerne var brugerne, der modtog elektriske pulser, i stand til at reducere deres kontaktstyrke med omkring 70%, og de havde en øget bevidsthed om nærheden til underliggende overflader. En af de afsluttende observationer var, at nærhedsinformation, der leveres gennem milde elektriske pulser, var omkring tre gange mere effektiv end kun visuel information.

http://www.youtube.com/watch?v=5KRSRfeL_tE&feature=emb_title

Ifølge Park kunne de nye udviklinger dramatisk øge manøvren under operation, samtidig med at de minimere uønskede vævsbeskadigelser.

“Vores mål var at komme med en løsning, der ville forbedre nøjagtigheden i nærhedsestimation uden at øge byrden af aktivt tænkning, der er nødvendig for denne opgave,” sagde han. “Når vores teknik er klar til brug i kirurgiske omgivelser, vil læger være i stand til at intuitivt vide, hvor langt deres robotfingre er fra underliggende strukturer, hvilket betyder, at de kan holde deres aktive fokus på at optimere den kirurgiske udfald for deres patienter.”