شفت های رباتیک MP35N

نقاط درد

سیستم‌های جراحی رباتیک، مانند آن‌هایی که در روش‌های لاپاراسکوپی، توراکوسکوپی، و آندوسکوپی استفاده می‌شوند، شفت‌های ابزاری را می‌طلبند که می‌توانند گشتاور را با عکس‌العمل صفر منتقل کنند، میلیون‌ها چرخه مفصل را تحمل کنند و در مقابل عقیم‌سازی مکرر مقاومت کنند-همه در حالی که قطر کوچکی برای دسترسی کم تهاجمی حفظ می‌کنند. مواد فعلی در یک یا چند مورد از این زمینه ها کم هستند. شفت‌های پلیمری، در حالی که انعطاف‌پذیر هستند، تحت بار ثابت خزش می‌کنند، که منجر به از دست دادن دقت موقعیت و "بازی" در حرکت ابزار می‌شود-، پدیده‌ای که به عنوان پسماند گشتاور شناخته می‌شود. شفت‌های فولادی ضد زنگ، حتی زمانی که{5}}لیزر برش می‌شوند، پس از استفاده طولانی مدت دچار ترک خوردن می‌شوند و ممکن است تحت نیازهای چرخه بالا- مفصل‌بندی رباتیک شکسته شوند. آلیاژهای تیتانیوم قوی هستند اما به سختی می‌توان آنها را با لیزر{8}}برش داد و می‌تواند گران باشد. نقطه درد فقدان ماده ای است که بتواند به طور همزمان سفتی پیچشی بالا، عمر خستگی استثنایی، مقاومت در برابر خوردگی برای استریل کردن مکرر، و توانایی طرح لیزری{10}}به ساختارهای پیچیده و انعطاف پذیر ارائه دهد. بدون چنین ماده‌ای، ابزارهای جراحی رباتیک از نظر دقت، دوام و دامنه حرکت محدود می‌شوند و در نهایت توانایی جراح را برای انجام روش‌های ظریف محدود می‌کنند و هزینه کل مالکیت را به دلیل تعویض مکرر ابزار افزایش می‌دهند.

اصل

استحکام فوق العاده-و مقاومت در برابر خوردگی MP35N آن را به گزینه ای ایده آل برای شفت های جراحی روباتیک تبدیل می کند. با استحکام کششی تا 300 ksi، MP35N را می توان به-هیپولوله های دیواره نازکی تبدیل کرد که هم به عنوان مهره انتقال دهنده گشتاور و هم به عنوان یک راهنمای انعطاف پذیر عمل می کنند. الگوهای برش لیزری-مانند برش‌های مارپیچی متقارن، ساختارهای پیوند مفصلی، یا{10}}مارپیچ‌های متغییر{11}}را می‌توان طوری طراحی کرد که در نقاط خاصی در امتداد شفت، انعطاف‌پذیری مفصلی{12}} فراهم کند و در عین حال استحکام پیچشی در بقیه طول آن حفظ شود. توانایی آلیاژ برای مقاومت در برابر خستگی چرخه بالا (بیش از 50 میلیون چرخه در برخی پیکربندی‌ها) قابلیت اطمینان طولانی‌مدت را تضمین می‌کند، حتی تحت نیازهای بی‌وقفه سیستم‌های رباتیک. هنگامی که شفت‌های MP35N به درستی پردازش شوند، پسماند گشتاور حداقلی را نشان می‌دهند، به این معنی که ورودی چرخشی در کنسول ربات به طور صادقانه در نوک ابزار بازتولید می‌شود. مقاومت عالی این ماده در برابر پراکسید هیدروژن پلاسما، اتوکلاو و سایر روش های استریلیزاسیون از تخریب در صدها چرخه جلوگیری می کند. این شفت را از یک مجرای غیرفعال به یک جزء فعال و پاسخگو از سیستم روباتیک تبدیل می‌کند{21}}یک عنصر قطعی که مهارت و دقت جراح را افزایش می‌دهد. اصل "جبر مهندسی" محقق می شود: رفتار مکانیکی شفت دقیقاً از طریق هندسه و خواص مواد برنامه ریزی شده است و یک رابط قابل پیش بینی و قابل اعتماد بین ربات و بافت فراهم می کند.

طبقه بندی تجهیزات

تولید شفت های رباتیک MP35N نیاز به زیرساخت های تولیدی پیچیده ای دارد. سیستم‌های برش لیزری فیبر چند محوره با مراحل دید چرخشی، الگوهای پیچیده‌ای را با عرض کرف تا 0.012 میلی‌متر اجرا می‌کنند. بازوهای آزمایشی رباتیک مجهز به رمزگذارها و حسگرهای گشتاور عملکرد را با قرار دادن شفت‌ها در میلیون‌ها چرخه مفصلی در حالی که پسماند گشتاور، انحراف زاویه‌ای و دقت موقعیت ثبت می‌کنند، تأیید می‌کنند. اتوکلاو و ضدعفونی کننده های پلاسما پراکسید هیدروژن، پردازش مجدد بالینی مکرر را برای تأیید مقاومت به خوردگی و یکپارچگی مکانیکی شبیه سازی می کنند. یکسو کننده های الکتروپولیش و خطوط غیرفعال سازی سطح صاف و زیست سازگار را تضمین می کنند. ابزار اندازه‌گیری پیشرفته، از جمله اسکنرهای لیزری، مقایسه‌کننده‌های نوری، و ماشین‌های اندازه‌گیری مختصات (CMM)، صحت ابعاد را تا تلورانس‌های میکرون تأیید می‌کنند. پلتفرم‌های دوقلوی دیجیتال کل فرآیند تولید را شبیه‌سازی می‌کنند و عملکرد شفت نهایی را در شرایط بارگذاری مختلف پیش‌بینی می‌کنند و نیاز به نمونه‌های اولیه فیزیکی را کاهش می‌دهند. تمامی فرآیندها تحت سیستم های مدیریت کیفیت ISO 13485 با قابلیت ردیابی کامل از مواد خام تا ابزار نهایی انجام می شود.

راهنمای عملی

تعیین MP35N برای شفت های رباتیک با انتخاب شرایط مناسب مواد آغاز می شود: MP35N کشیده شده سرد معمولاً برای حداکثر استحکام و سفتی پیچشی استفاده می شود. الگوی لیزر باید با استفاده از تحلیل اجزا محدود (FEA) طراحی شود تا تعادل بین انعطاف پذیری و انتقال گشتاور بهینه شود. برش های مارپیچی متقارن با پل های شعاعی، استرس را به طور یکنواخت توزیع می کند و عمر خستگی را افزایش می دهد. از گوشه های تیز داخلی یا انتقال ناگهانی که می تواند به عنوان افزایش دهنده استرس عمل کند، اجتناب کنید. 10 تا 15 میکرومتر برای برداشتن لایه بازسازی لیزری و دستیابی به زبری سطح کم (Ra < 0.2 میکرومتر) الکتروپلیس کنید. برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، در ASTM A967 غیرفعال کنید. پوشش‌های هیدروفیل یا آبگریز ممکن است برای کاهش اصطکاک اعمال شوند، اما فقط پس از آزمایش خستگی برای اطمینان از اینکه پوشش عیوب سطح را پوشش نمی‌دهد. اعتبارسنجی باید شامل ثبت پسماند گشتاور در هر 1 میلیون سیکل باشد، با معیارهای پذیرش معمولاً کمتر از 5٪ از دست دادن گشتاور تعیین می شود. آزمایش مفصل باید شدیدترین دامنه حرکتی مورد انتظار در استفاده بالینی را شبیه سازی کند. برای اطمینان از ادغام بدون درز شفت در زنجیره سینماتیک ابزار، با توسعه دهندگان سیستم روباتیک همکاری نزدیک داشته باشید. اسناد ارسالی نظارتی (FDA 510(k)، علامت CE) باید شامل گواهینامه های دقیق مواد، اعتبارسنجی فرآیند و آزمایش زیست سازگاری بر اساس ISO 10993 باشد.

تجربه واقعی-جهانی

یک تولید کننده پیشرو سیستم رباتیک لاپاراسکوپی، شفت های فولادی ضد زنگ 316L را در ابزار مفصلی خود با هیپولوله های MP35N برش لیزری- جایگزین کرد. بیش از 12 میلیون چرخه مفصلی، شفت های MP35N گشتاور را در 3٪ از مقادیر اولیه حفظ کردند، در حالی که کنترل های 316L 19٪ تغییر کردند و ترک های قابل مشاهده در پل های برش خورده را نشان دادند. در استفاده بالینی، جراحان حرکات نرم‌تر، دقیق‌تر و کاهش «بازی» در ابزار را گزارش کردند که به بهبود دقت تشریح و منحنی‌های یادگیری کوتاه‌تر برای روش‌های پیچیده ترجمه می‌شود. ابزار MP35N همچنین از 250 چرخه استریلیزاسیون بدون هیچ نشانه ای از سوراخ شدن یا خوردگی جان سالم به در بردند، در مقایسه با ابزارهای 316L که پس از 80 چرخه نیاز به تعویض داشتند. شرکت دیگری که یک آندوسکوپ روباتیک برای جراحی دهانه طبیعی توسعه می‌دهد، از شفت‌های MP35N برای دستیابی به اتصال چند صفحه‌ای{17} استفاده کرد که امکان دسترسی به مکان‌های آناتومیکی که قبلاً غیرقابل دسترس بود را فراهم می‌کرد. این موفقیت‌های واقعی جهانی نشان می‌دهد که MP35N فقط یک پیشرفت نظری نیست{21}}در عملکرد جراحی رباتیک، قابلیت اطمینان و اثربخشی{22}}هزینه‌ای قابل اندازه‌گیری است. تجربه جمعی پذیرندگان اولیه تأیید می کند که MP35N به ماده انتخابی برای شفت های جراحی رباتیک نسل بعدی تبدیل شده است.

خلاصه و ارتفاع

جراحی رباتیک نیاز به عملکرد قطعی دارد و هیپوتیوب های MP35N دقیقاً همین را ارائه می دهند. MP35N با ارائه ستون فقرات-مقاوم در برابر خستگی و گشتاور{3}} کارآمد، به تعریف دوره بعدی روباتیک جراحی کمک می کند. پذیرش آن نشان‌دهنده تغییر به سمت ابزارهایی است که نه تنها توانمندتر، بلکه بادوام‌تر، ایمن‌تر برای بیماران و مقرون‌به‌صرفه‌تر{6}}برای سیستم‌های مراقبت‌های بهداشتی هستند. تبدیل یک لوله ساده به یک شفت روباتیک با کارایی بالا-نمونه ای از قدرت مهندسی مواد برای متحول کردن عمل پزشکی است. همانطور که جراحی رباتیک به تخصص‌های جدید گسترش می‌یابد{10}}از میکروجراحی گرفته تا روش‌های ترانس دهانی{11}}MP35N فلز اسکلتی باقی خواهد ماند که این پیشرفت‌ها را ممکن می‌سازد. این فناوری کل زمینه را ارتقا می دهد و قصد جراح را به اقدامات دقیق و قابل اعتماد تبدیل می کند و در نهایت نتایج بیمار را بهبود می بخشد.

چشم انداز و توصیه ها

آینده شفت های جراحی رباتیک در هیبریداسیون و هوش نهفته است. شفت‌های MP35N آینده ممکن است حسگرهای تعبیه‌شده-مانند گریتینگ‌های فیبر براگ یا میکرو{3}}کرنش سنج‌ها- را برای ارائه بازخورد واقعی-در زمان واقعی در مورد نیروهای تماس بافت، ادغام کنند و بازخورد لمسی را برای جراح فراهم کنند. شکل{7}}قطعات آلیاژ حافظه همراه با MP35N می‌توانند شفت‌هایی با سفتی متغیر ایجاد کنند که با بافت‌ها یا مراحل مختلف سازگار می‌شوند. تحقیق در مورد تغییرات سطحی، مانند پوشش‌های الماس{10}مانند کربن (DLC) یا لایه‌های ضد میکروبی، دوام و ایمنی را بیشتر می‌کند. با کوچک‌تر شدن و ماهرانه‌تر شدن سیستم‌های رباتیک، تقاضا برای میکرو-شفت‌های MP35N (OD < 0.5 میلی‌متر) افزایش می‌یابد و پیشرفت‌هایی را در برش لیزری میکرو و طراحی لوله‌های دیواره فوق‌العاده{16} ایجاد می‌کند. تولیدکنندگان باید در توسعه زنجیره‌های تامین استاندارد MP35N و پروتکل‌های پردازش برای حمایت از تولید با حجم بالا سرمایه‌گذاری کنند. همکاری بین دانشمندان مواد، مهندسان لیزر، متخصصان رباتیک و پزشکان برای درک کامل پتانسیل MP35N در رباتیک جراحی ضروری خواهد بود. با پذیرش این نوآوری‌ها، صنعت می‌تواند اطمینان حاصل کند که MP35N در لبه برتر فناوری جراحی رباتیک باقی می‌ماند و ارزشی برای ارائه‌دهندگان مراقبت‌های بهداشتی و بیماران برای دهه‌های آینده به ارمغان می‌آورد.