Pince laparoscopique avec perception de la force
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Comment ce dispositif de détection de force améliore-t-il le retour haptique ?
En chirurgie laparoscopique, les instruments de préhension sont la seule source de retour de force pour le chirurgien. En raison de l'absence de perception et de communication haptique de l'outil, les chirurgiens peuvent endommager les tissus en utilisant un contrôle incorrect de la force de pincement laparoscopique, de plus, les propriétés imprévisibles des tissus et des pinces peuvent provoquer des glissements voir même des déchirures. Cet article sur la chirurgie robotique à retour haptique présente un examen approfondi du sujet.
Pour surmonter ce défi, une solution miniature de détection de la force peut être installée en ligne avec les fils de commande, créant ainsi un système de contrôle à retour haptique pour l'endoscope qui aide à :
- Influencer la capacité du chirurgien à réaliser une prise laparoscopique sûre tout en tirant et en manipulant des tissus de rigidité variable.
- Améliorer la capacité du chirurgien à détecter la consistance des tissus, la détection du pouls artériel et le contrôle de la force pendant les procédures chirurgicales.
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Les défis de conception des capteurs à retour de force :
Les ingénieurs et les chirurgiens sont confrontés à des problèmes importants qui doivent être pris en compte avant la conception d'une pince laparoscopique à perception de force. La conception et la fabrication d'un capteur de retour haptique pour les instruments de chirurgie robotique impliquent deux défis distincts mais complémentaires :
Surmonter les obstacles techniques de la conception d'un capteur pour la mesure de la force intra-abdominale tels que :
- Les restrictions de taille - la miniaturisation;
- La biocompatibilité;
- L'autoclavabilité;
- L'herméticité;
- La réutilisabilité.
Maintenir les spécifications minimales requises pour une solution de mesure de force de haute qualité comme :
- La non-linéarité;
- L'hystérésis;
- La répétabilité;
- La diaphonie;
- La bande passante;
- Une résolution sans bruits.
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Pourquoi les nanocapteurs de FUTEK sont à la hauteur de ces défis ?
Le nanocapteur QLA414 a été conçu en tenant compte de toutes ces contraintes de conception. Il a également été développé selon une approche de conception pour la fabrication.
La série QLA414 est la plus petite solution de mesure de force de tension et de compression de son genre (cellule de charge en ligne micro-miniature). Ce capteur de 4 mm x 5 mm ouvre un monde de possibilités pour la chirurgie robotique grâce à sa taille minuscule, sa capacité à mesurer à la fois la tension et la compression, ainsi que sa flexibilité de montage unique.
Caractéristiques du QLA414 :
- Dispositions de montage double face à filetage M1 ;
- Instrumentation compensée par une charge latérale en pont complet de 1000 Ohm (hors axe ou charges étrangères) ;
- Structure soudée au laser ;
- Interconnexion non active ;
- Protection de l'environnement ;
- Non-linéarité de ±0,5% de la sortie nominale (RO) dans les capacités 5lb et 10lb - applications de mesure de force de haute précision ;
- Surcharge sécurisée jusqu'à 200% ;
- Capteur de force de tension et de compression ;
- Déflexion ultra-faible (0.005 mm) ;
- Réponse en fréquence naturelle élevée.
En outre, des capteurs de force aussi petits que 3mm x 4mm avec des capacités de mesure de force jusqu'à 50lb, sont également disponibles pour les applications OEM, y compris les capteurs IP67 et autoclavables pour l'industrie médicale. Étant le capteur de force miniature idéal pour la robotique chirurgicale et la pince laparoscopique avec perception de la force, ce capteur est parfaitement adapté au retour de force haptique et à la mesure de force ultra-miniature pour cathéter.
Conditionneur de signal numérique embarqué QIA128
Le conditionneur de signal numérique embarqué QIA128 est un dispositif miniature très faible consommation avec sortie SPI. Sa carte de seulement 8 mm x 8 mm offre un taux d'échantillonnage sélectionnable entre 4 SPS et 1300 SPS pour atteindre une résolution sans bruit de 11,4 à 14,2 selon les besoins.
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Exigences d'étalonnage des transducteurs
Compte tenu de la criticité des instruments chirurgicaux, les capteurs de retour de force doivent offrir une grande précision et être soumis à un régime strict d'étalonnage in situ. Selon la criticité de l'application, le capteur de force haptique doit être recalibré avant chaque procédure chirurgicale.
En outre, les ingénieurs doivent comprendre la corrélation entre la force en ligne appliquée par l'actionneur et les fils de guidage au nanocapteur à l'intérieur du trocart de l'instrument, et la force de préhension physique réelle des mâchoires appliquée sur le tissu.
Pour relever le défi de la calibration in situ, notre équipe spécialisée dans la micro ingénierie a également développé un capteur de référence de morsure pour permettre la calibration et l'inspection des mâchoires de la pince chirurgicale et de la force réelle appliquée.
Comment ça marche ?
- Deux nanocapteurs QLA414 sont installés en ligne avec le guide axial qui contrôle le mouvement de la mâchoire de la pince. Il mesure les forces en tension (mâchoire ouverte) et en compression (mâchoire fermée).
- Comme le préhenseur est en contact avec les tissus internes pendant la procédure chirurgicale, le nanocapteur mesure la force appliquée par le préhenseur.
- Le signal de mesure de force est ensuite lu par le conditionneur de signal numérique miniature QIA128 très faible consommation à sortie SPI. Cela permet un retour d'information sur la force au niveau du système de commandes du chirurgien (le cardan).
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Produits utilisés :
- Série QLA414 - Nano Capteur de force en Traction Compression.
- Série QLA128 - Système d'échantillonnage intégrable miniaturisé à ultra-faible consommation.
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