Chirurgia 4.0 con i servo drive di Elmo Motion Control

All’Imperial College di Londra, i ricercatori stanno lavorando ininterrottamente per migliorare le tecniche di neurochirurgia rendendole meno invasive che mai. Il progetto EDEN2020, finanziato dall’Unione Europea, mira al progresso del trattamento di patologie cerebrali e della somministrazione di farmaci che integra varie tecnologie chiave, il cui componente fondamentale è il dispositivo robotizzato per la guida dei cateteri. Elmo Motion Control è stato selezionato per fornire al sistema robotico su 4 assi il proprio dispositivo di motion control Platinum Maestro e per guidare i motori con 4 servo drive miniaturizzati Gold Twitter.

Gli aghi robotici orientabili sono al centro della tecnologia per il trattamento delle malattie del cervello; insieme ai metodi innovativi per la somministrazione di farmaci, alla risonanza magnetica per immagini pre-operatoria e agli ultrasuoni intra-operatori, essi permettono ai chirurghi di navigare in modo accurato in tutto il cervello raggiungendo un punto preciso del tumore per l’applicazione puntuale del farmaco. Le traiettorie ottimizzate tengono conto delle diverse ostruzioni e delle aree cerebrali sensibili aggirandole con la massima precisione e riducendo al minimo il rischio di danni cerebrali irreversibili.

Servo drive ad elevatissima precisione

Il controllo del catetere robotico orientabile nel cervello non è una cosa semplice. Il sistema a 4 assi richiede alti livelli di sincronizzazione oltre ad una elevata precisione in quanto eventuali errori possono danneggiare gravemente il cervello. In questi casi, è richiesto un livello di precisione minimo di 10μm.

Un’altra importante e delicata sfida, è la guida dell’ago programmabile a punta smussata (Programmable Bevel-tip Needle – PBN) responsabile dell’ avanzamento all’interno del cervello. Si tratta di un dispositivo composto da 4 segmenti biocompatibili, flessibili, interbloccanti, in plastica, ognuno dei quali è dotato di un canale di lavoro per la somministrazione dei farmaci e un canale contenente un cavo di fibre ottiche utilizzato per la rilevazione delle forme. La capacità globale di guida dell’ago è governata dalla propulsione sincronizzata di ogni segmento. Ad esempio, l’avanzamento specifico di alcuni segmenti mentre altri restano fermi al loro posto permette all’ago di piegarsi e curvarsi grazie alla forza esercitata su di essi dal tessuto molle circostante. Il movimento di ogni segmento è azionato da un motore ironless e una delle sfide è stata individuare una tecnologia per il controllo del movimento che, oltre ad assicurare precisione e affidabilità, garantisce una dimensione minima. Con il coinvolgimento di diverse procedure di imaging, è importantissimo mantenere al minimo il livello di interferenza elettromagnetica (Electromagnetic Interference – EMI) per evitare eventuali perturbazioni durante l’intervento chirurgico.

La soluzione Elmo Motion Control

Per vincere queste sfide, Elmo ha fornito il proprio dispositivo multiasse avanzato per il motion control. Il Platinum Maestro, che ha dimostrato di poter sincronizzare i 4 assi muovendo l’ago in avanti con un ciclo EtherCAT di 250μs. “Il sistema sarà in grado di avvertire e percepire l’anatomia cerebrale intraoperatoria, in continua deformazione, con un livello di accuratezza, precisione e velocità di aggiornamento ineguagliabili”, ha spiegato il Prof. Ferdinando Rodriqugez y Baena, Coordinatore del progetto EDEN2020. Il Platinum Maestro (P-MAS), un dispositivo di motion control dotato di un’efficiente rete EtherCAT, si adatta bene ad applicazioni multiasse particolarmente impegnative. La sua elevata capacità di elaborazione, necessaria per sistemi ad alta sincronizzazione, oltre al gran numero di algoritmi del movimento, ne fa uno strumento ideale per macchinari e robot che hanno bisogno di muoversi più velocemente e con la maggiore accuratezza possibile. Il P-MAS ottimizza la capacità di creare la rete EtherCAT mentre i tempi di ciclo brevissimi, insieme al programma utente deterministico, permettono di ottenere prestazioni multiasse veloci ed affidabili.

Inoltre, il servo drive Elmo Gold-Twitter (G-TWI) ha mostrato una grande adattabilità ai motori del PBN
Le sue dimensioni ridotte sono fondamentali per ridurre al minimo la dimensione globale della stazione chirurgica portatile, Inoltre, il servo drive ha EMI estremamente basse,

derivante da un processo di commutazione della modulazione dell’ampiezza della pulsazione (pulse-width modulation -PWM) altamente efficiente, considerato vitale per questa applicazione medicale particolarmente critica. In un ambiente in cui la sicurezza è una preoccupazione primaria, il Gold Twitter, il più piccolo drive certificato STO (SIL-3) disponibile sul mercato, costituisce un enorme vantaggio.

Eloise Matheson, dottoranda presso il laboratorio di meccatronica applicata alla medicina, ha commentato: “Oltre ai principali benefici della tecnologia per il motion control, un fattore chiave nella nostra scelta per la soluzione di controllo per il progetto è stato il minor tempo di sviluppo”.

Il P-MAS è un dispositivo di controllo del movimento pronto all’uso, che offre agli utilizzatori molti strumenti e funzioni in grado di semplificare e snellire l’implementazione del movimento del macchinario grazie all’interconnessione semplice con tutti i motori e alle configurazioni automatiche EtherCAT di tutti i nodi. Inoltre, la capacità del P-MAS di controllare tutti i parametri del motore contribuisce a semplificare le operazioni standard di manutenzione riducendo al minimo  il tempo di inattività.

 

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