Pesquisadores desenvolvem robô neurocirúrgico totalmente pneumático

"Em última análise, queremos que os dispositivos médicos melhorem os resultados dos pacientes e, de qualquer maneira, piorem as coisas", disse David Comber, estudante de doutorado do quarto ano da Universidade Vanderbilt que trabalhou no dispositivo.

De acordo com Comber, os pesquisadores abordaram esse desafio projetando e construindo atuadores flexíveis baseados em foles que usam um mecanismo de passo, semelhante ao funcionamento de uma lapiseira, para mover o dispositivo em pequenos incrementos. Isso evita que o sistema se estenda demais e cause danos ao paciente no caso de uma falha no computador ou no hardware.

As forças de atrito dentro desses atuadores também precisavam ser tratadas para que o sistema funcionasse da maneira mais suave possível. Para reduzir essas forças, os projetistas construíram os atuadores com pistões feitos de grafite, comumente usados como lubrificante seco, e cilindros feitos de vidro. O alinhamento também foi considerado ao tentar reduzir as forças de atrito e impedir a ligação no dispositivo.

“O projeto da montagem do robô exigia o alinhamento ajustável de várias peças correspondentes, como rolamentos de munição em hastes lineares; hastes de pistão acopladas a placas deslizantes e hastes de pistão acopladas a correias dentadas ”, disse Comber. “A solução que usei em todos os casos foi um orifício de folga com porcas e arruelas. Ajustei cada alinhamento pelo tato até que o atrito parecesse mínimo.

Um dos maiores problemas enfrentados pelo dispositivo veio de sua necessidade de operar efetivamente nos espaços apertados e nos poderosos campos magnéticos de uma máquina de ressonância magnética. Dispositivos eletromecânicos não podiam ser usados no dispositivo, pois os campos magnéticos que eles criavam interferiam na imagem da ressonância magnética. Os dispositivos pneumáticos, no entanto, produzem campos magnéticos limitados e não interferem na imagem. Para reduzir ainda mais os efeitos dos campos magnéticos na imagem da ressonância magnética e no próprio dispositivo, o robô foi construído usando principalmente materiais não ferromagnéticos.

O dispositivo foi projetado para ser compacto o suficiente para caber dentro da ressonância magnética com o paciente. Isso foi feito maximizando o volume disponível para o dispositivo, posicionando-o no leito da ressonância magnética acima da cabeça do paciente. Os mecanismos dentro do dispositivo foram acoplados cinemicamente para minimizar o comprimento do curso e, portanto, o comprimento do atuador do pistão-cilindro. Os componentes mais volumosos do sistema, incluindo sensores de pressão e válvulas, são mantidos em uma sala separada para evitar interferências na ressonância magnética e são conectados ao dispositivo por longas linhas de tubulação.

Embora a iteração atual do dispositivo seja específica do procedimento e do local, a equipe acredita que a tecnologia pode ser usada um dia em várias aplicações médicas diferentes.

"As tecnologias que estamos desenvolvendo aqui podem ser adaptadas a outras partes da anatomia", disse Comber. "Mas certamente exigiria um redesenho para integrar-se facilmente a essa nova anatomia."