骨粗鬆症と身体活動のジャーナル
オープンアクセス

概要

手術支援ロボットの固定方法の改善と身体装着型ロボットシステムの最適化

別久章、中島良和、キム・ジュンファン、米延和夫

ロボット支援手術システムは、安全で高精度な手術を実現するために導入されています。しかし、患者の骨に固定するには骨の剛性が必要であり、リウマチなどの脆い骨やひび割れた骨に適用するにはいくつかの問題があります。ロボットと患者を接続するために一般的に使用されている金属ピンネジは、脆い骨には安全ではありません。この研究では、脊椎穿刺手術を支援する体に装着する小型ロボットシステムの最適化に焦点を当てています。ロボットは固定部と針ガイド部で構成されています。固定ユニットは、患者の体表面にぴったりとフィットするように剛性を制御できます。最初はターゲットの表面に合わせて自由に変形し、次にジャミング遷移現象を利用して変形した形状を保存するために固体のような状態に移行します。ガイド部は、ダブル45˚ギア機構を採用し、3つの円筒形モーターを並列に配置するように設計されています。4自由度の針ガイド、手術領域のX線透過ビュー、および小型化を実現しました。

固定装置は、手術支援ロボットの重心を低く保ちながら、人体にしっかりと取り付けられるように設計されている。我々は、人間の背中の不適合領域を回避できる三脚スタンド固定装置を設計した。軟部組織に対する固定装置の性能を評価した。豚の軟部組織に針を挿入する力を測定して、針挿入に必要な強度を評価した。30 mm厚の軟部組織を貫通するのに必要な力は、RMS（二乗平均平方根）で7.7 Nであった。固定の安定性と針ガイドの精度は、針挿入操作中の変位を測定することによって評価した。30 mm厚の軟部組織を貫通するための変位は、RMSで1.13 mm、0.38˚であった。最後に、人体形状ターゲットに対する固定装置の結果を評価した。針挿入操作の外力による軟部組織上の固定装置の変位を測定した。針挿入操作の外力による人体ファントム上の固定装置の変位は0.13 mm、RMSで0.06˚でした。針ガイドの総変位は0.73 mm、RMSで0.59˚でした。