磁共振影像技术(MRI)监测是在神经系统手术时必要的监测过程,MRI为进行身体内部观察提供了可能,但这项技术还有一个不可忽略的缺点:磁共振影像无法发送实时影像。因此,卡尔加里大学神经外科手术教授兼MRI研究所主任Garnette Sutherland医生决定率领小组成员改良一种进行精密操作的机器人(即NeroArm工作区),这种机器人可以置于MRI机器内部,对手术进行实时监测并反馈图像。
Garnette Sutherland博士介绍说:“目前很多人在研究相同的项目,或是为了更好地进行手术,或是为了提供先进的教学素材。”一个具备重放功能的外科手术真实模拟装置可以带来外科手术方面的革新,尽管很多机器人系统都已经过改良,当大多数还是停留在单纯依靠影像指导手术进程的层面。 “要培养一位合格的神经外科手术医生,真实接触十分必要,而对患者进行手术时,使用器材就是重中之重。”Sutherland博士接着说,“手术钳系统包括:一对用以测量力度的电子挤压力度感应器、用以提供进度指示的运动测量仪以及一个监测速度的微型加速计。手术钳的设计原型并不需要很小,但它必须十分坚挺并且质地轻盈。”NeroArm恰好符合以上要求。
卡尔加里大学不只是一所医学院或技术研究所,而是一所综合性大学。学校拥有重要的医疗研究项目并且注重保健方面的研究,因此在医疗研究和教育,特别是在神经系统科学领域声名显赫。为提供更好的教学环境,学校积极赞成使用现代设备,目前学校的加工车间里有一系列的哈斯机床,包括一台配备40TR耳轴转台、具备5轴能力的VF-6;一台HL-20车床和一台超级迷你铣。在专业工程师Pete Rizun的帮助下,机械专业研究生Brian Cox决定使用哈斯机床将一块铝合金方坯加工成手术钳外壳,在保持其坚挺度的基础上,尽量减小质量。
“我们使用哈斯超级迷你铣的4轴功能,在简单装夹后,加工了手术钳四个复杂的表面。首先我们切出一个槽放置电路板,接着便将工件旋转180°进而对另一面进行切削,到最后我们大约切削掉了90%的材料。”Rizun告诉我们。
随着切削的进行,他们发现一个问题,即工件过轻导致加工难度极大。“工件逐渐变轻,”Rizun回忆到,“工件振动越来越严重,切槽周围的表面加工非常困难。”
工程师的建议为我们带来了福音,Rizun解释说:“在旋转工件加工另一侧之前,我们在切槽中填满了蜡,这样就给手术钳增加了重量和硬度,振动大大减轻,最后的精加工顺利完成。”
“ 这个车间每天都有人光顾,”Rizun说,“在这里工程师们学会了如何画草图,也学到了如何操作机床。与此同时,这个车间也为许多科研人员提供了便利。”
现在,这个车间已经成为了学校不可或缺的一部分。除了学习实际设计和加工零部件之外, 学生同时也激发了灵感。更重要的是,MRI研究所得到了哈斯提供的新机床,而这些机床很可能带来神经外科手术的新变革。
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