Forskare utvecklar metod för att stabilisera robotfingrar under kirurgi

Forskare vid Texas A&M University har utvecklat en ny kirurgisk teknik för att stabilisera robotarmar under kirurgi. Den nya studien publicerades i tidskriften Scientific Reports.

Robotfingrar som en förlängning av kirurgen

Forskarteamet demonstrerade att användare kan ha en exakt uppfattning om avstånd till kontakt genom användning av elektriska strömmar som skickas till fingeravtryck. De elektriska strömmarna orsakar små men märkbara vibrationer, och användare kan kontrollera robotfingrar på ett mer exakt och precist sätt när de opererar på ömtåliga ytor.

Enligt forskarna kan metoden användas av kirurger för att minska oavsiktliga skador, som kan uppstå under robotassisterade operationer.

Hangye Park är biträdande professor vid institutionen för elektroteknik och datorteknik.

“En av utmaningarna med robotfingrar är att säkerställa att de kan kontrolleras tillräckligt exakt för att landa mjukt på biologiska vävnader”, sa Park. “Med vår design kommer kirurger att kunna få en intuitiv känsla av hur långt deras robotfingrar är från kontakt, information som de sedan kan använda för att röra vid ömtåliga strukturer med just rätt mängd kraft.”

Kirurger använder robotassisterade kirurgiska system, eller teleskopiska kirurgiska system, som fysiska förlängningar av sig själva. Kirurgerna kontrollerar sedan robotfingrar med rörelser från sina egna, vilket möjliggör komplicerade procedurer som kan utföras på distans. Detta möjliggör också för kirurger att ta hand om fler patienter för medicinsk vård, och på grund av den lilla storleken på robotfingrarna kan mindre snitt göras. Med tekniken behöver kirurgerna inte göra stora snitt, som ofta krävs för att rymma kirurgens händer i patientens kropp.

En av de viktigaste aspekterna av att flytta robotfingrar exakt är användningen av direktöverföring av visuell information, som kommer från kameror som är placerade på teleskopiska armar. Detta kräver att kirurgerna observerar skärmar för att matcha sina finger-rörelser med teleskopiska finger-rörelser. Det hjälper dem att lokalisera var deras robotfingrar är och hur nära de är varandra.

Enligt Park räcker visuell information ensam inte för att vägleda fina finger-rörelser, vilket är extremt viktigt när fingrarna opererar mycket nära hjärnan och andra ömtåliga vävnader.

“Kirurger kan bara veta hur långt ifrån varandra deras faktiska fingrar är indirekt, det vill säga genom att titta på var deras robotfingrar är i förhållande till varandra på en skärm”, sa Park. “Denna omväg minskar deras känsla av hur långt ifrån varandra deras faktiska fingrar är, vilket sedan påverkar hur de kontrollerar sina robotfingrar.”

Handskar utrustade med stimuleringssonder

För att övervinna denna utmaning utvecklade forskarteamet en alternativ metod för att leverera avståndsinformation, och den är oberoende av visuell återkoppling. De gör detta genom att använda handskar utrustade med stimuleringssonder, som överför olika frekvenser av elektriska strömmar till fingertoppar. Genom att göra detta kunde användare tränas för att associera frekvensen av strömimpulser med avstånd, på ett sådant sätt att det finns en ökning av strömfrekvenser när ett testobjekt närmar sig.

Tekniken var specifik för användarens känslighet för elektriska strömfrekvenser. Detta innebär att i fallet med en användare som är känslig för en bredare frekvensomfång av strömfrekvenser, levererades avståndsinformationen med en mindre ökning av strömmar.

Enligt forskarna kunde användare som fick elektriska pulser sänka sin kontaktkraft med cirka 70%, och de hade en ökad medvetenhet om närheten till underliggande ytor. En av de slutsatser som drogs var att närhetsinformation som levereras genom milda elektriska pulser var cirka tre gånger mer effektivt än enbart visuell information.

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

Enligt Park kan de nya utvecklingarna dramatiskt öka manövrerbarheten under kirurgi, samtidigt som de minskar oavsiktlig vävnadsskada.

“Vårt mål var att komma med en lösning som skulle förbättra noggrannheten i avståndsbedömning utan att öka bördan av aktivt tänkande som behövs för denna uppgift”, sa han. “När vår teknik är redo för användning i kirurgiska miljöer kommer läkare att kunna intuitivt veta hur långt deras robotfingrar är från underliggande strukturer, vilket innebär att de kan behålla sin aktiva fokus på att optimera det kirurgiska resultatet för sina patienter.”