3D打印：與放射療法兼容的機器人系統
時間：2019-11-08 08:21 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網11月8日訊，一隊研究人員在《用于頭頸癌治療的多標記定位的兼容放射療法的機器人系統》中討論了應對放射中對柔韌性頸部保護的挑戰。療法并探索機器人的陪伴，以幫助提高定位。
為了防止頸部柔韌性導致治療過程中出現問題，醫學專家經常使用被動式固定罩以防止運動并以此定位。研究人員指出：但是，隨著時間的推移，研究表明，這種固定罩在沿頸椎的遠距離界標之間仍然具有3–5mm的誤差范圍。通過將頭部與身體其他部位獨立定位，可以在頭部和頸部治療中實現精確的定位。“目前，這些機械系統尚未引入常規臨床實踐中。
到目前為止，還沒有其他系統與放射療法兼容，因此，作者可以自行解決問題，并開發出適用于放射療法的機器人系統。研究人員說：“在這個新系統中，所有與放射治療不兼容的組件都被布置在輻射場之外很遠的地方，通過一種新穎的塑料齒輪箱放置在輻射等角點下方40μcm處，從而減少了線性加速器機架間隙問題。由于從步進電機到端部執行器的直接動力傳遞到間接動力傳遞的過渡，引入了一種主要是塑性的輔助位置反饋來輔助導航。”
該系統已通過衰減測量以及射線照相成像驗證。在設計機器人系統時，研究人員決心使結構盡可能小，但仍能夠提供必要的運動范圍。研究人員將金屬馬達置于患者之間。
完全兼容放射療法的機器人系統。 （a）機器人系統上的骨骼模型的照片，該模型已添加到現有的頭頸癌治療床中。 （b）機器人系統的示意圖，包括頭/頸部塑料控制器，塑料齒輪箱和低摩擦線，以及位于輻射場之外的步進電機。
他們3D打印了幾乎所有組件，包括：
齒輪箱
末端執行器組件
外殼
安裝架
研究人員表示，兩臺3D打印機能夠以出色的方式制造此類零件：Formlabs Form 2打印機和Objet Eden 260VS。使用的材料包括ABS和使用其他3D打印機時的PLA。此外，頭/頸部控制器的頂板需要通過加工碳纖維增強的塑料來制造，該塑料可以握住病人的頭部，從而需要更高的強度。研究人員包括從1.1到5.2mm的15條不同位移的路徑。
絕對定位誤差分析。 （a）測得的絕對平移誤差（mm）精度為0.7±0.3 mm。 （b）偏航，橫搖和俯仰的絕對旋轉誤差，顯示所有低于3°的精度。
為了防止頸部柔韌性導致治療過程中出現問題，醫學專家經常使用被動式固定罩以防止運動并以此定位。研究人員指出：但是，隨著時間的推移，研究表明，這種固定罩在沿頸椎的遠距離界標之間仍然具有3–5mm的誤差范圍。通過將頭部與身體其他部位獨立定位，可以在頭部和頸部治療中實現精確的定位。“目前，這些機械系統尚未引入常規臨床實踐中。
到目前為止，還沒有其他系統與放射療法兼容，因此，作者可以自行解決問題，并開發出適用于放射療法的機器人系統。研究人員說：“在這個新系統中，所有與放射治療不兼容的組件都被布置在輻射場之外很遠的地方，通過一種新穎的塑料齒輪箱放置在輻射等角點下方40μcm處，從而減少了線性加速器機架間隙問題。由于從步進電機到端部執行器的直接動力傳遞到間接動力傳遞的過渡，引入了一種主要是塑性的輔助位置反饋來輔助導航。”
該系統已通過衰減測量以及射線照相成像驗證。在設計機器人系統時，研究人員決心使結構盡可能小，但仍能夠提供必要的運動范圍。研究人員將金屬馬達置于患者之間。
完全兼容放射療法的機器人系統。 （a）機器人系統上的骨骼模型的照片，該模型已添加到現有的頭頸癌治療床中。 （b）機器人系統的示意圖，包括頭/頸部塑料控制器，塑料齒輪箱和低摩擦線，以及位于輻射場之外的步進電機。
他們3D打印了幾乎所有組件，包括：
齒輪箱
末端執行器組件
外殼
安裝架
研究人員表示，兩臺3D打印機能夠以出色的方式制造此類零件：Formlabs Form 2打印機和Objet Eden 260VS。使用的材料包括ABS和使用其他3D打印機時的PLA。此外，頭/頸部控制器的頂板需要通過加工碳纖維增強的塑料來制造，該塑料可以握住病人的頭部，從而需要更高的強度。研究人員包括從1.1到5.2mm的15條不同位移的路徑。
絕對定位誤差分析。 （a）測得的絕對平移誤差（mm）精度為0.7±0.3 mm。 （b）偏航，橫搖和俯仰的絕對旋轉誤差，顯示所有低于3°的精度。
“該系統能夠在臨床可接受的空間限制下以亞毫米級的精度定位患者的頭部。研究人員總結說：“計算得出的系統中材料的衰減具有比參考材料（骨組織）低的HU值，這可以通過一組沒有可見偽像的射線照相圖像進行驗證。具有骨骼模型的定位精度的結果決定了設備的精度為0.7±0.3 mm。此外，CBCT成像和后期校正研究驗證了當頭部和身體分別放置時，該系統用于對齊各個區域的功能。未來的工作將集中于頭頸癌患者的放射治療應用。
CBCT圖像的無獨立校正與機器人系統輔助校正的比較。 （a，c，e）CBCT圖像，分別沒有對C2，C4和T1進行獨立校正。 （b，d，f）分別由機器人系統分別針對C2，C4和T1校正的CBCT圖像。 （g）骨架圖中C2，C4和T1的感興趣區域。
中國3D打印網點評：從可編程系統到傳感器技術，甚至在家具設計等行業的制造中，3D打印和機器人技術在許多情況下實際上是齊頭并進的。
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