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NICARO - Neuro-radio-chirugia Interstiziale Conformazionale Assistita da RObot

tipo: MIUR ex-40%
periodo: 2004-2006
responsabile: prof. Aldo Rossi

descrizione: In un precedente Progetto di Ricerca (2000) l'unità Operativa di Padova ha realizzato un sistema robotizzato per operazioni di radio-neurochirurgia mini-invasiva. Il sistema consiste in un attuatore robotico che supporta un sistema per radiochirurgia interstiziale stereotassica denominato PRS (Photon Radiosurgery System), prodotto dalla Photoelectron Corp. (USA), consistente in una sorgente miniaturizzata che emette raggi X di bassa energia (40-50 kV) dalla sommità di una sonda. Il sistema robotizzato è costituito da un’interfaccia aptica master-slave: l’operatore, nella fattispecie il neurochirurgo, interagisce con un robot, detto master, che rappresenta l’interfaccia di comando per un attuatore robotizzato, detto slave, che opera sul paziente. Lo slave è a sua volta supportato, orientato e portato in posizione di sicurezza da un robot antropomorfo. Lo slave ha il compito di disaccoppiare il manipolatore antropomorfo dalla sorgente durante l’avanzamento lungo l’asse di emissione e di garantire una precisione superiore in posizionamento lungo tale asse. L’operatore agisce sul master determinando l’avanzamento e il posizionamento finale dello slave. La struttura master-slave è attiva nel senso che eventuali forze di contatto tra lo slave e l’ambiente circostante sono percepite dall’operatore. Il sistema permette inoltre, confrontando la traiettoria che l’operatore impone allo slave con la legge temporale di avanzamento prestabilita per la tipologia di intervento, di evidenziare eventuali scostamenti, dandone sensazione fisica all’operatore tramite l’interfaccia master, creando, in tal modo un parallelismo tra un ambiente virtuale preprogrammato e l’ambiente reale. Nel sistema robotizzato nel precedente progetto, il master e lo slave sono costituiti da cinematismi ad un grado di libertà. Il singolo grado di libertà dell’interfaccia aptica risulta sufficiente per la movimentazione di strumenti chirurgici con elevata precisione. Il master inoltre è stato progettato per poter essere considerato trasparente all’operatore in modo tale che le uniche forze percepite siano quelle dovute all’interazione dello slave con l’ambiente circostante ed, eventualmente, quelle prodotte dall’ambiente virtuale, riducendo le inerzie e gli attriti tipici dei sistemi meccanici. Lo slave è invece costituito da un attuatore di precisione in avanzamento ed è dotato di opportuni sensori per monitorare l’interazione tra la sonda di emissione e il mondo esterno. Il disaccoppiamento dal manipolatore robotico garantisce la necessaria sicurezza durante l’intervento chirurgico. Il sistema si presta al trattamento di forme sferiche o quasi-sferiche delle lesioni candidate al trattamento. È possibile ottenere una modifica delle superfici di isodose agendo sulle bobine di deflessione del fascio di elettroni, tuttavia in questo caso si ottengono forme ellissoidali dal rapporto tra gli assi limitato a 1.5:1 per ellissoidi allungati e 1.2:1 per ellissoidi schiacciati. L'impiego di centri multipli è a sua volta limitato dal forte gradiente di dose tipico della sorgente. Una maggiore possibilità di estensione della conformazione delle lesioni candidate è rappresentata dall’utilizzo di cappucci schermanti opportune direzioni di irradiazione. Nella peggiore delle ipotesi ciò comporterebbe la sostituzione del cappuccio tra le varie fasi della terapia. In condizioni più favorevoli, tuttavia risulterebbe sufficiente una rotazione della sorgente. Il sistema attualmente in uso, sebbene permetta in linea di principio il passaggio alla nuova tipologia di intervento, mediante l’utilizzo di tutti i gradi di libertà del manipolatore robotico, tuttavia non garantisce il grado di sicurezza e precisione necessari per la tipologia dell’applicazione. L’unità operativa di Padova, come naturale evoluzione del precedente progetto di ricerca, si propone quindi lo studio e la realizzazione di un nuovo attuatore in grado di supportare la sonda di emissione e di assicurane il posizionamento e la rotazione lungo l’asse di avanzamento garantendo un’incertezza in posizione e in rotazione tollerabili per il tipo di intervento.


Attività

DAANS: Double Action Actuator for Neuro Surgery

Pubblicazioni

A.Gasparetto, R.Vidoni, and V.Zanotto
A robotic teleoperation system based on Force Reflecting and Delayed Reference Control
Proceedings of the the 12th IFToMM World Congress in Mechanism and Machine Science, Besançon (France), June 17-21, 2007

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