Zeitschrift für Computertechnik und Informationstechnologie

Ein fortschrittliches Robotersystem für diagnostische und therapeutische Aufgaben mit Anwendung in der laparoskopischen Chirurgie

Veronika Ivanova, Dichko Bachvarov und Ani Boneva

Das Hauptziel aller Ingenieurarbeiten im Zusammenhang mit minimalinvasiver Chirurgie besteht darin, den Chirurgen angemessene Informationen über die Kraft zwischen Instrument und Gewebe zu liefern, damit sie den Tastsinn wiedererlangen können, der durch laparoskopische Operationen verloren gegangen ist. In diesem Zusammenhang besteht das Hauptziel der Arbeit darin, eine neue Familie laparoskopischer Instrumente mit besseren technischen Eigenschaften zu entwerfen und Kraft- und andere Sensoren und Elemente in die Konstruktion von Instrumenten zu integrieren, um den Tastsinn während der Laparoskopie wiederherzustellen. Auf diese Weise werden einige technische Aspekte dieses laparoskopischen Instruments verbessert. Im Gegensatz zu den daVinchi-Robotern von Intuitive Surgical Incorporation, deren Instrumente für Manipulation und Bildgebung entwickelt wurden, bieten wir eine Familie von Instrumenten mit zusätzlichen Funktionen wie Diagnose- und Therapieaufgaben. Daher haben wir zwei Hauptprobleme gelöst: (i) Wir haben eine Originalkonstruktion eines angemessenen experimentellen Moduls für Roboter entworfen und hergestellt, in das zwei Kraftsensoren integriert wurden, um Informationen über das Instrument und das Gewebe bereitzustellen (einige davon wurden in früheren Arbeiten beschrieben und diskutiert) und (ii) wir haben Hardware- und Programmressourcen für die Steuerung und Überwachung dieses Moduls realisiert, was Gegenstand dieser Arbeit ist. Das Computerprogramm enthält Informationen über verschiedene Messungen der Wechselwirkung zwischen Spitzenwerkzeug und Oberflächenkontakt sowie Daten, die vom Versuchsmodul erhalten wurden und dazu dienen, die Differenz zwischen Daten aus früheren Messungen und empfangenen Informationen in Echtzeit zu ermitteln. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Programmlösung ist die grafische Visualisierung der Messung und des Vergleichs der Ergebnisse. Dadurch kann der Chirurg die entsprechenden Befehle zur Kraftwechselwirkung zwischen Instrument und Gewebe geben. Zur Überprüfung der Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Versuchsmoduls mit Force-Feedback-Funktionen für Roboter wurden verschiedene Experimente mit dem entworfenen Steuerungssystem durchgeführt.