Des chercheurs développent un robot neurochirurgical entièrement pneumatique

"En fin de compte, nous voulons que les dispositifs médicaux améliorent les résultats pour les patients et n'aggravent en aucun cas les choses", a déclaré David Comber, un doctorant de quatrième année à l'Université Vanderbilt qui a travaillé sur le dispositif.

Selon Comber, les chercheurs ont relevé ce défi en concevant et en construisant des actionneurs flexibles à soufflet qui utilisent un mécanisme pas à pas, semblable à la façon dont fonctionne un crayon mécanique, pour déplacer l'appareil par petits incréments. Cela empêche le système de s'étendre de manière excessive et de blesser le patient en cas de panne d'ordinateur ou de matériel.

Les forces de friction au sein de ces actionneurs devaient également être prises en compte afin que le système fonctionne aussi bien que possible. Pour réduire ces forces, les concepteurs ont construit les actionneurs avec des pistons en graphite, couramment utilisés comme lubrifiant sec, et des cylindres en verre. L'alignement a également été pris en compte lors de la tentative de réduction des forces de frottement et de prévention de la liaison dans l'appareil.

«La conception de l'assemblage du robot nécessitait un alignement réglable de plusieurs pièces d'accouplement telles que des paliers lisses sur des tiges de guidage linéaires; des tiges de piston couplées à des plaques coulissantes et des tiges de piston couplées à des courroies de distribution », a déclaré Comber. «La solution que j'ai utilisée dans tous les cas était un trou lâche avec des écrous et des rondelles. J'ai ajusté chaque alignement par la sensation jusqu'à ce que la friction semble être à son minimum. »

L'un des plus gros problèmes rencontrés par l'appareil provenait de son besoin de fonctionner efficacement dans les espaces restreints et les champs magnétiques puissants d'une machine d'IRM. Les appareils électromécaniques ne pouvaient pas être utilisés dans l'appareil, car les champs magnétiques qu'ils créent interféreraient avec l'image IRM. Les appareils pneumatiques, cependant, produisent des champs magnétiques limités et n'interfèrent pas avec l'image. Pour réduire davantage les effets des champs magnétiques sur l'image IRM et l'appareil lui-même, le robot a été construit en utilisant principalement des matériaux non ferromagnétiques.

L'appareil est conçu pour être suffisamment compact pour s'adapter à l'intérieur de l'IRM avec le patient. Cela a été fait en maximisant le volume disponible pour l'appareil en le positionnant sur le lit de l'IRM au-dessus de la tête du patient. Les mécanismes à l'intérieur du dispositif ont ensuite été couplés cinématiquement pour minimiser la longueur de course, et donc la longueur de l'actionneur piston-cylindre. Les composants plus volumineux du système, y compris les capteurs de pression et les vannes, sont conservés dans une pièce séparée pour éviter d'interférer avec l'IRM et sont connectés à l'appareil par de longues lignes de tubes.

Bien que l'itération actuelle de l'appareil soit spécifique à la procédure et à l'emplacement, l'équipe estime que la technologie pourrait être utilisée un jour dans un certain nombre d'applications médicales différentes.

"Les technologies que nous développons ici pourraient être adaptées à d'autres parties de l'anatomie", a déclaré Comber. "Mais il faudrait certainement une refonte pour s'intégrer facilement à cette nouvelle anatomie."