Onderzoekers ontwikkelen methode voor het stabiliseren van robotvingers tijdens chirurgie

Onderzoekers aan de Texas A&M University hebben een nieuwe chirurgische technologie ontwikkeld voor het stabiliseren van robotarmen tijdens chirurgie. De nieuwe studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports.

Robotvingers als uitbreiding van de chirurg

Het team van onderzoekers toonde aan dat gebruikers een nauwkeurige perceptie van afstand tot contact kunnen hebben door middel van elektrische stroom die naar vingerafdrukken wordt gestuurd. De elektrische stroom veroorzaakt kleine maar waarneembare trillingen, en gebruikers kunnen robotvingers op een meer precieze en nauwkeurige manier bedienen wanneer ze opereren op kwetsbare oppervlakken.

Volgens de onderzoekers kan deze methode worden gebruikt door chirurgen om onopzettelijke verwondingen te verminderen, sommige waarvan optreden tijdens robotgeassisteerde operatieve procedures.

Hangye Park is een assistent-professor in de afdeling Elektrotechniek en Informatica.

“Een van de uitdagingen met robotvingers is ervoor te zorgen dat ze precies genoeg kunnen worden gecontroleerd om zacht op biologisch weefsel te landen”, zei Park. “Met ons ontwerp kunnen chirurgen een intuïtief gevoel krijgen van hoe ver hun robotvingers van contact zijn, informatie die ze vervolgens kunnen gebruiken om kwetsbare structuren met precies de juiste hoeveelheid kracht aan te raken.”

Chirurgen gebruiken robotgeassisteerde chirurgische systemen, of telerobotsystemen, als fysieke uitbreiding van zichzelf. De chirurgen controleren vervolgens robotvingers met bewegingen van hun eigen, waardoor complexe procedures op afstand kunnen worden uitgevoerd. Dit stelt chirurgen ook in staat om meer patiënten voor medische zorg te behandelen, en vanwege de kleine omvang van de robotvingers kunnen kleinere incisies worden gemaakt. Met deze technologie hoeven chirurgen geen grote incisies te maken, die vaak nodig zijn om de handen van de chirurg in het lichaam van de patiënt te accommoderen.

Een van de belangrijkste aspecten van het precies bewegen van robotvingers is het gebruik van live streaming van visuele informatie, die afkomstig is van camera’s die op telerobootarmen zijn geplaatst. Dit vereist dat chirurgen naar monitoren kijken om hun vingerbewegingen te matchen met de telerobootvingerbewegingen. Dit helpt hen te lokaliseren waar hun robotvingers zijn en hoe dicht ze bij elkaar zijn.

Volgens Park is visuele informatie alleen niet voldoende om fijne vingerbewegingen te leiden, wat extreem belangrijk is wanneer de vingers in de buurt van de hersenen en andere delicate weefsels opereren.

“Chirurgen kunnen alleen weten hoe ver hun eigen vingers van elkaar zijn door te kijken waar hun robotvingers ten opzichte van elkaar op een monitor staan”, zei Park. “Dit indirecte zicht vermindert hun gevoel van hoe ver hun eigen vingers van elkaar zijn, wat hun controle over de robotvingers beïnvloedt.”

Handschoen met stimulatieprobes

Om deze uitdaging te overwinnen, ontwikkelde het team van onderzoekers een alternatieve manier om afstandsgegevens te leveren, onafhankelijk van visuele feedback. Ze doen dit door handschoenen met stimulatieprobes te gebruiken, die verschillende frequenties van elektrische stroom op vingertoppen overbrengen. Door dit te doen, konden gebruikers worden getraind om de frequentie van stroompulsen te associëren met afstand, op een manier die een toename van stroomfrequenties vertoont wanneer een testobject dichterbij komt.

De technologie was specifiek voor de gevoeligheid van de gebruiker voor elektrische stroomfrequenties. Dit betekent dat in het geval van een gebruiker die gevoelig is voor een bredere range van stroomfrequenties, de afstandsgegevens werden geleverd met een kleinere toename van stroom.

Volgens de onderzoekers waren de gebruikers die elektrische pulsen ontvingen in staat om de kracht van contact te verlagen met ongeveer 70%, en hadden ze een verhoogd bewustzijn van de nabijheid van onderliggende oppervlakken. Een van de conclusies was dat de afstandsgegevens die via milde elektrische pulsen werden geleverd, ongeveer drie keer effectiever waren dan alleen visuele informatie.

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

Volgens Park kunnen de nieuwe ontwikkelingen de manoeuvreerbaarheid tijdens chirurgie aanzienlijk verhogen, terwijl ze tegelijkertijd onbedoelde weefselbeschadiging minimaliseren.

“Ons doel was om een oplossing te vinden die de nauwkeurigheid van afstandschatting zou verbeteren zonder de last van actief denken voor deze taak te verhogen”, zei hij. “Wanneer onze techniek klaar is voor gebruik in chirurgische omgevingen, zullen artsen in staat zijn om intuïtief te weten hoe ver hun robotvingers van onderliggende structuren zijn, wat betekent dat ze hun actieve focus kunnen houden op het optimaliseren van het chirurgische resultaat van hun patiënten.”