Interaktiivinen kirurginen robotti MRI-ympäristöön

1. Interaktiivinen kirurginen robotti MRI-ympäristöön KITARA-ohjelman päätöstilaisuus 20.5.2009 Yrjö Louhisalmi Oulun yliopisto, Konetekniikan osasto

2. Tutkimuskonsortio Oulun yliopisto • Mekatroniikan ja konediagnostiikan laboratorio • Optoelektroniikan ja mittaustekniikan laboratorio • Informaationkäsittelyn laboratorio, Konenäön ryhmä VTT • Elektroniikka Tutkimustyön budjetti • 600.500 euroa • vuosina 2005-2008

3. Tutkimuksen tavoitteena • Kirurginen robotti • MR-ympäristöön • Interaktiivinen

4. Magneettiresonanssi (MR) -ympäristö Ei ionisoivaa säteilyä Kolmiulotteinen (3D) kuva Hyvä pehmytkudoskontrasti Funktionaalinen kuvaus Voimakas vaihteleva magneettikenttä Lähettää ja vastaanottaa radiotaajuisia signaaleja

5. MR-yhteensopivan robotin edut • Ei häiritse MR-kuvausta: iMRI • Tarkka ja vakaa toiminta • Lyhyempikestoiset toimenpiteet • Kirurgin työergonomia paranee • Vähentää henkilökunnan EM-altistusta • Mahdollisuus reaaliaikaisen kuvan käyttöön toimenpiteen suorittamisessa

6. Mahdollisia toimenpiteitä • Näytteiden otto aivoista ja muista elimistä • Kasvainten poistot • Nivelpintojen käsittely, esim. lonkkaleikkaus • Aktiivisen lääkeannostelijan vieminen ihmiskehoon

7. Mekatroniikka ja MR-yhteensopivuus • Sähköinen yhteensopivuus: Pyörrevirrat • Magneettinen yhteensopivuus: Käyttäytyminen voimakkaassa magneettikentässä, näkymättömyys MR-kuvassa • Bioyhteensopiva ja steriloitavissa oleva • Myös osien muoto vaikuttaa yhteensopivuuteen

8. MR-yhteensopivat materiaalit

9. MR-yhteensopivuuden toteutuminen • Materiaaleina käytetään alumiinia, hiilikuitua ja muoveja. • Sähköiset komponentit viedään pois kuvausalueelta ja suojataan. • Kuvausalueelle tulevan robotin ranteen anturointi perustuu optisiin ja voimanvälitys mekaanisiin ratkaisuihin.

10. Paljon tutkimustyötä … laboratorioproto Neuronavigaattori Laakeritukimus Voimansiirtotutkimus Kliininenversio Nivelanturitutkimus

11. ... Tuloksena MR-yhteensopiva robotti Hiilikuituinen MR-varsi Ranteen moottorit Sähkötön ja ei-magneettinen ranne Alumiininen runko Suojattua elektroniikkaa

12. MR-yhteensopiva ranne Optinen kulma-anturi Voimanvälitys nailonpunoksella Optinen ohjaussauva Biopsia-neula

13. Ohjaustietokone Moottorivahvistimet 6 kpl EM-suojakotelo PC/104 Linux PC IO-kortti 2 kpl

14. Ohjausohjelmisto • 6 nivelisen robotin reaaliaikainen interaktiivinen ohjaus. • Perustuu RTLinux –alustaan ja Robot Control C Library –kirjastoon. • Mahdollistaa robotin koordinoidun ohjauksen sekä interaktiivisesti ohjaustikuilla että ohjelmallisen ohjaamisen annettuun asemaan. • Lääketieteellisten sovellusten toteuttaminen on suhteellisen helppoa ja nopeaa.

15. Ohjausominaisuudet • Manuaalinen ohjaus sauvalla kuvaustilan ulkopuolelta • Manuaalinen ohjaus robotin kärkeen integroidulla optisella ohjaussauvalla • Automaattinen ohjaus annettuun pisteeseen, tulevaisuudessa MR-kuvainformaation perusteella

16. Muita tuloksia • 1 väitöskirjatyö • 3 lisensiaatintyötä • 6 diplomityötä • Useita julkaisuja

17. Tutkimuksen jatkaminen • Tutkimukset laboratoriossa ja aidossa MR-ympäristössä • Robottiavusteisten toimenpiteiden rutiineiden kehittäminen • Seurantatutkimus toimenpiteistä • Kehitystarpeiden kartoitus • Teknologian ja kokemusten kaupallistaminen

18. ”Kirurginen robotti, kiitos”

20. Säätöteoriaa Toimiva laboratorioversio Envision -simulatioympäristö Lasertutkimus Polaris IR-navigatiosystemi