Automated design of a scalable, additively manufactured robot system for microinvasive interventions in visceral medicine

用于内脏医学微创干预的可扩展增材制造机器人系统的自动化设计

基本信息

项目摘要

This sub-project is about the automated construction of a manipulator (SPOT, Single-Port Overtube system) fabricated with additive manufacturing technologies, for minimally invasive interventions in gastroenterology and visceral medicine. The SPOT was being developed in the successfully concluded previous project DFG FOR 1321 and repeatedly tested in a porcine model. The SPOT is designed as a casing for standard endoscopes, which allows the treating physician to control two flexible endoscopic standard instruments independently from each other within the patients body and to orient them towards an object from different directions. The aim of this project is to adapt a SPOT via automated, task-specific construction to a planned intervention, the patients anatomy as well as the available instruments and if needed sensors for image processing (TP 5) or the connection to a medical navigation system (TP 2). For this purpose we want to develop a knowledge-based system for planning interventions, a database with needed tools and a toolbox for automated design. The knowledge-based system (together with TP 4) is supposed to plan SPOT-interventions using the patients anatomical image data, diagnosis and medical history. From this information we deduce the technical specifications for the design of a SPOT in this sub-project (max. diameter, flexibility or workspace). Therefor we set up a database in which all instruments measurements and features are stored, that are relevant for the SPOTs design. For different interventions, anatomies and instruments it shall be analyzed scientifically how the requirements for a SPOT can be deduced reliably and with which scaling a SPOT can be fabricated using the additive manufacturing technology SLS (selective laser sintering) in a way, that the required functionality needed for performing a minimally invasive intervention can be provided. For the automated design of a SPOT the system is firstly divided into static and functional elements and are analyzed systematically regarding limits of producibility via SLS using the biocompatible polyamide PA 2200 and the properties that can be achieved. With these findings, the construction elements are implemented as construction algorithms with which the SPOT is rebuild in a parametrized manner. As a basis we use construction algorithms from own preliminary work that have been implemented in Matlab (VLFL-Lib, ca. 900 functions). In doing so the construction elements properties can be adapted specifically and suitably designed for production. Finally it should be possible to scale a SPOT, adapt its characteristics and automatically design it for the manufacturing using SLS of biocompatible PA 2200.
该子项目是关于采用增材制造技术制造的机械手(SPOT,单端口外套管系统)的自动化构造,用于胃肠病学和内脏医学的微创干预。SPOT是在成功完成的先前项目DFG FOR 1321中开发的,并在猪模型中进行了重复测试。SPOT被设计为标准内窥镜的外壳,允许治疗医生在患者体内控制两个彼此独立的柔性内窥镜标准仪器,并将它们从不同方向朝向物体。本项目的目的是通过自动化、任务特定的构造使SPOT适应计划的干预、患者解剖结构以及可用的仪器和(如需要)用于图像处理的传感器(TP 5)或与医疗导航系统的连接(TP 2)。为此,我们希望开发一个基于知识的系统,规划干预措施,一个数据库所需的工具和自动化设计的工具箱。基于知识的系统(与TP 4一起)应使用患者解剖图像数据、诊断和病史来计划SPOT介入。从这些信息中,我们推断出该子项目中SPOT设计的技术规格(最大值)。直径、灵活性或工作空间)。因此,我们建立了一个数据库,其中存储了与SPOT设计相关的所有仪器测量和特征。对于不同的介入、解剖结构和手术工具,应科学分析如何可靠地推导SPOT的要求,以及如何使用增材制造技术SLS(选择性激光烧结)按比例制造SPOT,以提供执行微创介入所需的功能。对于SPOT的自动化设计,该系统首先被分为静态和功能元件,并系统地分析使用生物相容性聚酰胺PA 2200通过SLS的生产能力限制以及可以实现的性能。有了这些发现,施工元素被实现为施工算法,SPOT重建在一个参数化的方式。作为一个基础,我们使用自己的初步工作,已在Matlab(VLFL-Lib,ca. 900个功能)。在这样做时,可以针对生产具体地和适当地设计构造元件的特性。最后,应该可以缩放SPOT,调整其特性并自动设计其用于生物相容性PA 2200的SLS制造。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Improved endoscopic resection of large flat lesions and early cancers using an external additional working channel (AWC): a case series
  • DOI:
    10.1055/a-0824-6912
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Walter, Benjamin;Schmidbaur, Simone;Meining, Alexander
  • 通讯作者:
    Meining, Alexander
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