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Faulhaber医疗解决方案 | 高精度微型手术机器人助手

供稿:福尔哈贝传动技术(太仓)有限公司 2018/4/8 9:13:39

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  1. 关键词: Faulhaber 医疗 精度微型手术机器人助手
  2. 摘要:微创手术(MIS)是医疗设备行业最重要的趋势之一,其优势在于切口及疤痕很小,从而降低了感染和出血的风险,缓解患者的痛苦和创伤,缩短其住院和恢复时间。这些优势不断推动着医疗设备行业研发新工具来支持微创手术。
微创手术(MIS)是医疗设备行业最重要的趋势之一,其优势在于切口及疤痕很小,从而降低了感染和出血的风险,缓解患者的痛苦和创伤,缩短其住院和恢复时间。这些优势不断推动着医疗设备行业研发新工具来支持微创手术。手术机器人便在这些高要求下应运而生,它特别适用于要求高精度(如神经外科手术)或可重复(如使用线圈电切镜切除前列腺)的手术过程。6自由度微型机,即高精度机器人是脊柱手术的得力助手。外科医生在开放和微创手术中通过放置植入物来稳定脊柱(椎骨),这类被称为脊椎助手的骨骼安装系统能准确地指导外科医生最大化地提高手术精度。小型昆虫机器人系统还包括含有自动荧光和CT图像处理的术前规划软件和一套严格的骨骼固定夹和平台。脊椎助手系统和手术程序的发明者是Mazor外科技术公司,该公司于2001年在以色列理工学院成立,当时隶属于机械部门,专门从事医疗机器人的研发,不过,其精密机械制造业务外包给了Faulhaber及其子公司Micro Precision Systems(MPS)。干预治疗使用脊椎助手进行干预包含以下五个步骤1)  CT扫描病人脊柱2) 术前规划3) 在病人脊柱上精确固定脊椎助手平台4) 通过匹配骨骼安装平台的荧光图象对术前规划的CT-图像进行定位校准5) 将脊椎助手机器人精确安装到平台上。机器人导向臂可根据术前规划进行自动精确定位,还能指导外科医生在骨上钻孔或辅助服务其他手术的指导工具。脊椎助手干预已获得FDA和CE认可,迄今已获得世界各地250例医院临床验证。微型手术机器人的优势在脊椎助手的帮助下,仅需几个小切口就可以完成脊柱融合手术,而开放手术则需要较大的切口,这可能导致更为严重的肌肉损伤。微型机器人无需瞄准线,此外,其高精度还简化了手术,并将螺丝错位的风险降至最低。由于机器人与病人紧密地连在一起,因此无需跟踪坐标系统。脊椎助手的使用过程仅需几张荧光图像,这减少了辐射对外科医生和病人的影响,也是其重要优势之一。脊柱协助机器人昆虫机器人的直径仅50毫米(2英寸),高80毫米(3.15英寸),重250克(0.5磅),整体尺寸与一瓶苏打水相差无几。机器人的工作空间只有几立方厘米,这取决于所使用的导杆。整个系统的准确性和精度分别小于100微米和10微米,运动控制精度为10微米。若考虑手术者、CT图像和荧光图像失真所带来的影响,那么在术前规划放置植入物时,其系统精度小于1.5毫米。配有定制驱动电子设备的六台Faulhaber直流无刷smoovy齿轮电机则用于驱动线性致动器,它采用了高精度的微型丝杆设计。此外,该系统还拥有七个LVDT传感器,确保位移测量的准确性和绝对性,其中六个传感器分别对应一个致动器,第七个则用于跟踪其他六个传感器的性能。Faulhaber直流无刷伺服电机微型昆虫机器人面临着诸多设计挑战,其中最重要的挑战便是寻找合适的微型驱动解决方案。smoovy直流伺服电动机直径仅5毫米,还可满足扭矩和速度需求,因此成为该系统的理想解决方案。其微型规格、M2.5定制螺纹丝杆,以及致动器滚珠和铰链的精度均已达到工程规范的典范,这些都是生产昆虫机器人所面临的真正挑战。外包合作伙伴Micro Precision Systems(MPS)公司和Mazor外科技术公司的合作最开始受限于MPS公司研发的smoovy直流电机,不过随着市场需求的回升,以色列Mazor公司在制造机器人方面对外包解决方案的需求也在不断增长。如今,MPS公司可确保其制造、组装精度及控制质量完全满足脊柱协助机器人的需求。MPS公司于2003年成立,同时并入Faulhaber集团。不过,该公司的历史可追溯到1930年,那时它就已从一个小型滚珠轴承制造商发展成为员工达200名的微型机械解决方案供应商,并为对精度和微型机制有较高要求的工业客户提供解决方案。精彩视频,清晰演示手术机器人操作过程:
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