Design and Development of the Liver

Design and Development of the Liver Tissue Cutting Equipment
The equipment was designed to use a scalpel to cut soft tissue with a sliding motion at controlled cutting (only one degree-of-freedom: horizontal motion) speed while monitoring the force and torque that the tissue exerted on the blade during the cutting process. The equipment consists of a scalpel-blade cutting subsystem, a computer control subsystem, a digital data-acquisition subsystem, stereo camera, and a data post-processing subsystem (see Fig. 1). The test equipment to measure the liver cutting forces has been designed so that the cutting blade can move with variable speed, to measure the effect of cutting speed on cutting forces and strain rates within the specimen (speeds can be varied from 0 to 3.81 cm/s). The constrained boundary shown in the figure was designed to simulate the attachment of the liver on one end as in a human body (such as the attachment to the diaphragm). The entire cutting mechanism consists of two vertical supports, a lead screw assembly with a geared DC motor and an incremental encoder (manufactured by Maxon Motors,model A-max 32 with planetary gearhead GP 32C and digital encoder HEDL 55 with line driver RS 422), and a JR3 precision 6-axis force/torque sensor model 20E12A-I25, with resolution of 0.002 N in , , , and 0.000025 Nm in ,and to which a surgeon’s scalpel is attached. We used #10 Bard-Parker stainless steel surgical blade in our experimental studies, consistent with what is used by surgeons in scalpel cutting.
The cutting blade traverses linearly based on the rotary motion of the DC motor. The purpose of the anti-backlash nut was primarily to connect the vertical force sensor assembly to
the lead screw (see Fig. 1), while a coupler connects the output of the planetary gearhead to the
lead screw. The scalpel was screwed to the force sensor and the force sensor was mounted on
an aluminum plate with one end attached to the anti-backlash nut traveling along the lead screw and the other end on a lower guiding shaft (parallel to the lead screw) with a linear bearing
to provide low friction linear travel. The design and construction of the cutting assembly ensured that the system was sufficiently rigid so that the forces recorded by the force sensor
were those obtained by cutting the tissue alone. To enable estimation of the depth of the blade embedded in the tissue, a Bumblebee stereo camera system (manufactured by Point Grey
Research) utilizing two Sony ICX204 1/3” charge-coupled devices with 1024 768 pixels, 10-bit analog-to-digital, and maximum of 15 frames per second (frames/s) was used. The camera was placed close to the experimental setup to capture the image of the cutting blade and the tissue, as the cutting progressed.
Digital image processing was used to determine the depth of the blade embedded in the tissue at each instant of the cutting history. The dSPACE DS1103 controller board (manufactured by dSPACE, Inc.) recorded the position and force data from the motor’s encoder and force sensor respectively, in real-time along with grabbing images at the rate of 13 frames/s. We have implemented a proportional + derivative (PD) controller to enable precise movement of the motor (and, hence, the cutting blade during cutting tasks).


B. Experimental Procedure for Measuring Liver Cutting Forces
Since the experiments were performed on ex vivo liver tissue, the preparation of the tissue before the experiment helped maintain the properties of the tissue as close as possible to the in vivo properties. We transported the liver from freshly slaughtered pigs to our laboratory within 2 h postmortem. The liver tissue sample was not preconditioned because in surgery the cutting forces experienced by the surgeon are from nonpreconditioned tissues. Before starting the experiment,
we cut the pig’s liver into 8 cm 15 cm specimens. However the thickness of the liver specimen was variable since we wanted to preserve the outer capsule of the liver in the cutting experiments. The outer surface of the specimen was covered with petroleum jelly to minimize moisture loss during the experiment. A bar of rectangular shape made of machineable plastic with an array of small nails clamped at the bottom end penetrated through one edge of the liver specimen to simulate a single constrained boundary surface. While this is not an exact replication of the boundary conditions for a human liver (which is partially attached on one end to the diaphragm) this is none-the-less a simplification for our initial tests and model (based on our discussions with surgeon collaborators).
C. Determination of the Depth of Cut
All the liver samples had a natural bulge in the thickness direction, which lead to more liver tissue being encountered by the blade as the cutting progressed. The depth of cut played a significant role in the magnitude of the cutting force acting on the blade. In this paper, we used image-processing techniques to determine the depth of the blade embedded inside the liver specimen during each instant of the cutting process. We used the Bumblebee system to capture the image of the cutting blade as it cut the tissue. The images were analyzed offline using Matlab 6.5 with the image processing toolbox. We used the edge detection algorithmto outline the surface of the liver in the imaging window (Fig. 2). As the images were acquired, we used offline techniques to estimate the distance from the marker black strip to the edge of the top surface of the liver
(the exposed blade length) as shown in Fig. 3. In our experimental setup, the distance from the center of the marker black strip to the end of the blade) is 4.25 cm (total blade length).
The difference in the total length of the blade and the exposed length of the blade provided us with the depth of the blade embedded in the tissue

D. Determination of the Deformation Resistance
It is desirable to construct a predictive computational model that can simulate the cutting process and predict the mechanical response (cutting force versus cutting-blade displacement characteristics) of liver cutting. To be of real-time application, this simulation model should not be computationally intensive and should still capture the real force-displacement behavior.
The purpose of the finite element model is to extract the necessary characterizing parameters such as the LEM that provides a quantitative estimate of the tissue deformation resistance immediately preceding the extension of the cut. Such parameters can be used to develop haptics simulation of surgical cutting.
During the deformation phase, the deformation resistance that a scalpel senses is caused by many different simultaneous deformation modes, including modes that are affected by strain-rate.

These deformation modes include local finite-strain elastic deformation and plastic deformation near the scalpel-tissue interaction edge, compliance change due to local kinematics re-arrangement, frictional sliding of the scalpel blade, and dragging of the top-layer tissue by the elastic and viscoelastic foundation, and small-strain global elastic deformation. The foundation effect is attributed to soft-tissue below the line of cut behaving as an elastic foundation and/or viscoelastic foundation.
The exact interplay of these simultaneous (and competing) mechanisms is not yet clear, and their proportion of dominance may change from location to location at the soft tissue and can be affected by strain rate and other loading factors. When only one specific mechanism of deformation is dominant, a material’s deformation resistance can be more appropriately characterized by a
specific measure than by other measures (such as by a Young’s modulus, contact stiffness, or relaxation constant, as the case may be). However, when many simultaneous mechanisms
contribute to the deformation resistance, it is more appropriate to use the generic term “deformation resistance”. In particular, the generic term “deformation resistance” is preferable to the specific term “contact stiffness” which often projects an image of the contacted solid deforms by rate-insensitive mechanism.
For the deformation phase, we seek to quantify this deformation resistance by integrating the experimental force-displacement data with finite element modeling. We iteratively solve
an inverse problem with finite element models to determine an operational parameter defined as the LEM. The finite element models use the observed force versus displacement characteristics measured during the deformation phase of cutting to determine the LEM. It is an effective modulus in the sense that it incorporates the effects of complexities in the local region (such as large nonlinear deformation, rate dependent effects, nonuniform properties at the immediate vicinity of the blade-tissue interaction point, frictional-sliding contact conditions, etc) into one operational effective parameter. This effective parameter quantifies the deformation characteristics, and is useful to recover the cutting force-displacement behavior of the soft tissue as sensed by the scalpel (i.e., consistentwith actual experimentalmeasurements).
Our goal is to recover the overall total force verses displacement characteristics as sensed by the hand of the surgeon, and to incorporate the overall effects of the complex mechanisms
occurring at the immediate vicinity of the blade-tissue interaction point. The local details involve interplays of simultaneous and possibly competing mechanisms of deformation that are not well understood at this point. Much more research needs to be conducted before a detailed mechanistic local analysis can be conducted. However, with the approach presented here, not yet knowing these local details still allows us to incorporate
their overall effects in quantifying and simulating the force-displacement characteristics as sensed by the scalpel during the deformation phase of soft tissue cutting

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์การตัดเนื้อเยื่อตับอุปกรณ์ถูกออกแบบให้ใช้ scalpel เป็นการตัดเนื้อเยื่ออ่อน มีเคลื่อนไหวเลื่อนที่ตัดควบคุม (เพียงหนึ่งองศาของเสรีภาพ: เคลื่อนไหวแนวนอน) ความเร็วขณะตรวจสอบแรงและแรงบิดที่เนื้อเยื่อนั่นเองบนใบมีดในการตัด อุปกรณ์ประกอบด้วยระบบย่อย scalpel-ใบมีดตัด คอมพิวเตอร์ควบคุมระบบย่อย ระบบย่อยซื้อข้อมูลดิจิตอล กล้องสเตอริโอ และข้อมูลหลังการประมวลผลระบบย่อย (ดู Fig. 1) อุปกรณ์การทดสอบเพื่อวัดกำลังตัดตับได้รับการออกแบบเพื่อให้ใบมีดตัดสามารถย้ายตัวแปรความเร็ว การวัดผลของความเร็วตัดบนตัดกองสายพันธุ์ราคาพิเศษภายในสิ่งส่งตรวจ (ความเร็วสามารถจะแตกต่างกันจาก 0 ไปยัง s 3.81 เซนติเมตร) ขอบเขตจำกัดที่แสดงใน figure ถูกออกแบบมาเพื่อจำลองสิ่งที่แนบของตับในหนึ่งในร่างกายมนุษย์ (เช่นสิ่งที่แนบไปกะบังลม) กลไกการตัดทั้งหมดประกอบด้วยสองแนวสนับสนุน แอสเซมบลีสกรูนำมอเตอร์ DC โล่งและเข้ารหัสเพิ่ม (ผลิต โดย Maxon มอเตอร์ รุ่น A-สูงสุด 32 กับดาวเคราะห์ gearhead GP 32C และเข้ารหัสดิจิตอล HEDL 55 รายการโปรแกรมควบคุม RS 422), และการ JR3 แม่นยำ 6 แกนบังคับ/แรงบิดเซ็นเซอร์รุ่น 20E12A-I25 ความละเอียด 0.002 N ใน และ 0.000025 Nm ใน และซึ่งมีการแนบ scalpel ของแพทย์ เราใช้ใบมีดผ่าตัดสแตนเลส Bard คเกอร์ #10 จบทดลอง สอดคล้องกับอะไรใช้ surgeons ใน scalpel ตัด ใบมีดตัด traverses เชิงเส้นตามการเคลื่อนไหวหมุนของมอเตอร์ DC วัตถุประสงค์ของแบคแลชป้องกันอ่อนนุชเป็นหลักเชื่อมต่อแอสเซมบลีเซ็นเซอร์แนวตั้งกองการลูกค้าเป้าหมายสกรู (ดู Fig. 1), ในขณะ coupler เป็นการเชื่อมต่อของ gearhead ดาวเคราะห์เพื่อการ นำสกรู Scalpel ที่เรื่องถึงกองเซ็นเซอร์ และเซ็นเซอร์กำลังถูกติดตั้งบน มีแผ่นอลูมิเนียมกับปลายด้านหนึ่งแนบกับอ่อนนุชแบคแลชป้องกันเดินนำสกรูและสิ้นสุดอื่น ๆ บนล่างแนวทางเพลา (ขนานกับสกรูนำ) กับเรืองเชิงเส้นเพื่อให้แรงเสียดทานต่ำเดินทางแบบเส้นตรง การออกแบบและก่อสร้างตัดสภามั่นใจว่า ระบบไม่แข็ง sufficiently เพื่อให้กองกำลังบันทึก โดยกองเซนเซอร์ผู้ที่ได้รับ โดยการตัดเนื้อเยื่อเพียงอย่างเดียว เพื่อให้การประเมินความลึกของการฝังตัวในเนื้อเยื่อ ระบบกล้องสเตอริโอบัมเบิลบี (ผลิต โดยจุดสีเทา การวิจัยใช้ Sony ICX204 1/3" ค่า–จุอุปกรณ์สองกับ 1024 768 พิกเซล 10 บิตแบบแอนะล็อกการดิจิตอล และสูงสุด 15 เฟรมต่อวินาที (เฟรม/s) ใช้ กล้องถูกวางไว้ใกล้กับการตั้งค่าการจับภาพของใบมีดตัดและเนื้อเยื่อ ทดลองเป็นการตัดหน้าไปเพียงใดประมวลผลภาพดิจิทัลถูกใช้เพื่อกำหนดความลึกของใบมีดที่ฝังอยู่ในเนื้อเยื่อในทันทีแต่ละประวัติตัด ควบคุม dSPACE DS1103 (ผลิต โดย dSPACE, Inc.) คณะกรรมการบันทึกข้อมูลตำแหน่งและแรงจากเซ็นเซอร์ตัวเข้ารหัสและกำลังของมอเตอร์ตามลำดับ ในเวลาจริงกับโลภภาพที่อัตราเฟรม 13 s เราใช้ตัวสัดส่วน + อนุพันธ์ (PD) ควบคุมให้เคลื่อนไหวอย่างแม่นยำของยานยนต์ (และ จึง ใบมีดตัดในระหว่างงานตัด)B. ขั้นตอนการทดลองวัดกองตัดตับเนื่องจากการทดลองที่ดำเนินในอดีต vivo ตับเนื้อเยื่อ การเตรียมเนื้อเยื่อก่อนทดลองช่วยรักษาคุณสมบัติของเนื้อเยื่อใกล้เคียงที่สุดกับคุณสมบัติในสัตว์ทดลอง เราขนส่งตับสดฆ่าสุกรจากการปฏิบัติของเราภายใน 2 h postmortem ตัวอย่างเนื้อเยื่อตับที่ไม่ preconditioned เพราะในการผ่าตัด ตัด โดยศัลยแพทย์ประสบการณ์กำลังจากเนื้อเยื่อ nonpreconditioned ก่อนที่จะเริ่มทดลอง เราตัดตับหมูที่เป็น 8 ซม. 15 ซม.ไว้เป็นตัวอย่าง อย่างไรก็ตาม ความหนาของตับเป็นตัวแปรเนื่องจากเราอยากรักษาแคปซูลภายนอกของตับในการทดลองตัด พื้นผิวภายนอกของตัวอย่างถูกปกคลุม ด้วยปิโตรเลียมเจเพื่อลดการสูญเสียความชื้นในระหว่างการทดลอง บาร์รูปร่างสี่เหลี่ยมที่ทำจากพลาสติก machineable ทัน clamped ที่สุดทะลวงผ่านขอบด้านหนึ่งของตัวอย่างตับเล็บขนาดเล็กเพื่อจำลองพื้นผิวขอบเขตจำกัดที่เดียว ขณะนี้ไม่ใช่การจำลองแน่นอนเงื่อนไขขอบเขตในตับมนุษย์ (ซึ่งบางส่วนอยู่หนึ่งกะบังลม) นี้จะไม่มีเดอะน้อย simplification ทดสอบเริ่มต้นและรูปแบบการสนทนาของเรามีแพทย์ผู้ร่วมงาน)C. กำหนดความลึกของการตัดตัวอย่างที่ตับมีกระพุ้งธรรมชาติในทิศทางความหนา ซึ่งทำให้เนื้อเยื่อตับมากกว่าที่ถูกพบ โดยใบเป็นการตัดหน้าไปเพียงใด ความลึกของการตัดเล่นบทบาท significant ในขนาดของกองทัพตัดทำหน้าที่บนใบมีด ในเอกสารนี้ เราใช้เทคนิคการประมวลผลภาพเพื่อกำหนดความลึกของใบมีดที่ฝังตัวอยู่ในสิ่งส่งตรวจตับระหว่างแต่ละทันทีของการตัด เราใช้ระบบบัมเบิลบีไปจับรูปของใบมีดตัดมันตัดเนื้อเยื่อ ภาพ Matlab 6.5 ด้วยเครื่องมือการประมวลผลภาพ offline วิเคราะห์ได้ เราใช้เค้าร่าง algorithmto การตรวจหาขอบผิวของตับในหน้าต่างถ่ายภาพ (Fig. 2) เป็นภาพได้รับมา เราใช้เทคนิค offline ในการประเมินระยะห่างจากแถบเครื่องหมายสีดำที่ขอบของพื้นผิวด้านบนของตับ(ความยาวใบมีดสัมผัส) ดังที่แสดงใน Fig. 3 เราทดลองติดตั้ง ระยะห่างจากศูนย์กลางของแถบสีดำเครื่องหมายการสิ้นสุดของใบมีด) เป็น 4.25 ซม. (ความยาวใบมีดรวม) ความแตกต่างของความยาวรวมของใบมีดและความยาวของใบมีดสัมผัสให้เรา มีความลึกของการฝังตัวในเนื้อเยื่อD. ความมุ่งมั่นของผู้ต่อต้านแมพจึงต้องสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ทำนายที่สามารถจำลองการตัด และทำนายตอบกล (ตัดแรงเมื่อเทียบกับปริมาณกระบอกสูบใบมีดตัดลักษณะ) ตัดตับ เป็นโปรแกรมประยุกต์แบบเรียลไทม์ รูปแบบจำลองนี้ไม่ควรเร่งรัด computationally และยังควรจับพฤติกรรมแทนแรงจริงวัตถุประสงค์ของแบบจำลององค์ประกอบ finite จะแยกพารามิเตอร์ characterizing จำเป็นเช่น LEM ที่มีการประเมินเชิงปริมาณของความต้านทานแมพเนื้อเยื่อก่อนขยายตัด พารามิเตอร์ดังกล่าวสามารถใช้พัฒนา haptics จำลองการผ่าตัดตัดระหว่างขั้นตอนการแมพ ต้านทานแมพ scalpel เป็นซึ่งมีสาเหตุจากโหมดพร้อมแมพต่าง ๆ มากมาย รวมถึงโหมดที่ได้รับผลกระทบ โดยต้องใช้อัตราโหมดนี้แมพรวมแมพ finite ท้องถิ่นต้องใช้ความยืดหยุ่นและแมพพลาสติกใกล้ขอบเนื้อเยื่อ scalpel โต้ตอบ ปฏิบัติตามเปลี่ยน kinematics ท้องถิ่นจัดเรียงใหม่ frictional เลื่อนของ scalpel และลากบนชั้นเนื้อเยื่อยืดหยุ่น และมูลนิธิ viscoelastic และแมพยืดหยุ่นทั่วโลกต้องใช้ขนาดเล็ก ผลมูลนิธิจะเกิดจากในเนื้อเยื่ออ่อนที่ด้านล่างรายการของพฤติกรรมที่ตัดเป็นการยืดหยุ่นมูลนิธิ/ มูลนิธิ viscoelastic ล้อแน่นอนของกลไกเหล่านี้เกิดขึ้นพร้อมกัน (และแข่งขัน) ยังไม่ชัดเจน และสัดส่วนของพวกเขาของการครอบงำอาจเปลี่ยนจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกเนื้อเยื่ออ่อน และสามารถได้รับผลกระทบต้องใช้อัตราและปัจจัยอื่น ๆ โหลด เมื่อเพียงกลไก specific ของแมพเป็นหลัก เป็นวัสดุต้านทานแมพสามารถเป็นมากขึ้นอย่างเหมาะสมลักษณะการspecific การวัดกว่ามาตรการอื่น ๆ (เช่นเป็น โดยโมดูลัสของยัง ติดต่อ ตึงหรือเป็นค่าคง เป็นกรณีอาจจะ) อย่างไรก็ตาม เมื่อพร้อมกลไกมากมาย การต้านทานแมพ จึงสมในใช้คำทั่วไป "ต้านทานแมพ" โดยเฉพาะ คำทั่วไป "ต้านทานแมพ" ใช้กับคำ specific "ติดต่อตึง" ซึ่งมักโครงการรูปแข็งติดต่อ deforms โดยอัตราตายด้านกลไกสำหรับขั้นตอนการแมพ เราค้นหาวัดปริมาณความต้านทานนี้แมพ โดยรวมข้อมูลปริมาณกระบอกสูบกำลังทดลองกับโมเดลองค์ประกอบ finite เราแก้ซ้ำ ๆปัญหาที่ผกผันกับ finite รูปแบบองค์ประกอบกำหนด defined พารามิเตอร์ปฏิบัติการเป็นการ LEM แบบจำลององค์ประกอบ finite ใช้แรงพบกับลักษณะปริมาณกระบอกสูบวัดระยะแมพตัด LEM ที่กำหนด เป็นโมดูลัสมีประสิทธิภาพในแง่ที่ว่า มันประกอบด้วยผลกระทบของความซับซ้อนในภูมิภาคท้องถิ่น (แมพใหญ่ไม่เชิงเส้น อัตราขึ้นอยู่กับลักษณะ คุณสมบัติ nonuniform ที่บริเวณใกล้เคียงจุดเนื้อเยื่อใบมีดโต้ตอบ เลื่อน frictional เงื่อนไขติดต่อ ฯลฯ) เป็นพารามิเตอร์ผลการดำเนินงาน Quantifies มีประสิทธิภาพพารามิเตอร์นี้ลักษณะแมพ และมีประโยชน์ในการกู้คืนทำงานแทนแรงตัดของเนื้อเยื่ออ่อนตามเหตุการณ์ โดย scalpel (เช่น consistentwith จริง experimentalmeasurements)เป้าหมายของเราคือ การกู้ลักษณะแทนข้อบังคับทั้งหมดรวมเป็นทรงมือของศัลยแพทย์ และรวมผลรวมของกลไกซับซ้อนเกิดขึ้นที่บริเวณใกล้เคียงจุดโต้ตอบเนื้อเยื่อใบ รายละเอียดเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับ interplays พร้อม และอาจแข่งขันกลไกของแมพที่มีไม่ดีเข้าใจณจุดนี้ มากวิจัยต้องดำเนินการก่อนที่จะดำเนินการวิเคราะห์เฉพาะรายละเอียดกลไกการทำงาน อย่างไรก็ตาม วิธีการนำเสนอ ยังไม่ รู้รายละเอียดเหล่านี้ภายในยังช่วยให้เรารวมผลโดยรวมของพวกเขาใน quantifying และจำลองลักษณะบังคับแทนตามเหตุการณ์ โดย scalpel แมพระยะตัดเนื้อเยื่ออ่อน

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์การตัดเนื้อเยื่อตับ
อุปกรณ์ที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้มีดตัดเนื้อเยื่ออ่อนกับเลื่อนเคลื่อนที่ควบคุมการตัด ( เพียงหนึ่งองศาของเสรีภาพ : การเคลื่อนไหวในแนวนอน ) ความเร็วในขณะที่การตรวจสอบแรงและแรงบิดที่เนื้อเยื่อนั่นเอง บนใบมีดในระหว่างกระบวนการตัด . อุปกรณ์ที่ประกอบด้วยมีดใบมีดตัดย่อยควบคุมระบบคอมพิวเตอร์ , ระบบข้อมูลดิจิตอล , กล้องสเตอริโอและข้อมูลการประมวลผลข้อมูล ( ดูรูปที่ 1 ) ทดสอบอุปกรณ์วัดแรงตับ การได้รับการออกแบบเพื่อให้ใบมีดตัดสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วตัวแปร การวัดผลของความเร็วตัดบนตัดแรงและอัตราความเครียดภายในชิ้นงาน ( ความเร็วที่สามารถปรับเปลี่ยนได้จาก 0 ถึง 381 cm / s ) การกำหนดขอบเขตที่แสดงใน gure จึงถูกออกแบบมาเพื่อจำลองการยึดติดของตับที่ปลายด้านหนึ่ง เช่น ในร่างกายของมนุษย์ ( เช่นสิ่งที่แนบไปยังไดอะแฟรม ) กลไกตัดทั้งหมดประกอบด้วยสนับสนุนแนวตั้งสอง นำสกรูประกอบกับเกียร์มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงและตัวเข้ารหัสที่เพิ่มขึ้น ( ผลิตโดย MAXON เครื่องยนต์รูปแบบ a-max 32 กับดาวเคราะห์ gearhead GP 32c และดิจิตอลเข้ารหัส hedl 55 กับสายคนขับรถ RS 422 ) และ jr3 ความแม่นยำ 6-axis บังคับ / เซ็นเซอร์บิดแบบ 20e12a-i25 ละเอียด 0.002 , ใน , , , และ 0.000025 นาโนเมตรและที่มีดผ่าตัดของศัลยแพทย์จะแนบ เราใช้# 10 บาดตัว สแตนเลส ใบมีดผ่าตัด ในการศึกษาทดลองของเราสอดคล้องกับสิ่งที่ถูกใช้โดยศัลยแพทย์ในมีดตัด
ลักษณะใบมีดตัดลัดเลาะตามการเคลื่อนที่แบบหมุนของ DC มอเตอร์ จุดประสงค์ของ anti backlash นัทเป็นหลักเพื่อเชื่อมต่อแนวตั้งบังคับเซ็นเซอร์ประกอบ

นำสกรู ( ดูรูปที่ 1 ) ขณะที่ข้อต่อเชื่อมต่อผลผลิตของ gearhead ดาวเคราะห์กับ
นำสกรูมีดถูกทำลายเพื่อบังคับเซ็นเซอร์และเซ็นเซอร์ที่ถูกติดตั้งบนแรง
จานอลูมิเนียม ด้วยปลายข้างหนึ่งยึดติดกับ anti backlash นัทเดินทางพร้อมนำสกรู และส่วนอื่น ๆบนล่าง ( ขนานกับเพลาชี้นำนำสกรู ) กับ
แบริ่งเชิงเส้นเพื่อให้แรงเสียดทานต่ำเชิงเส้นเดินทางการออกแบบและก่อสร้างของการชุมนุมมั่นใจว่าระบบซุฟจึง ciently แข็งเพื่อให้กองกำลังบันทึกโดยบังคับเซ็นเซอร์
เหล่านั้นได้โดยการตัดเนื้อเยื่อเพียงอย่างเดียว เพื่อให้การประมาณความลึกของใบมีดที่ฝังตัวอยู่ในเนื้อเยื่อ , บัมเบิ้ลบีสเตอริโอกล้องระบบ ( ผลิตโดยจุดสีเทา
การวิจัยการใช้สอง icx204 Sony 1 / 3 " อุปกรณ์ชาร์จคู่กับ 1024 768 พิกเซล , 10 บิต analog-to-digital สูงสุด 15 เฟรมต่อวินาที ( เฟรม / วินาที ) ที่ใช้ กล้องถูกวางไว้ใกล้ติดตั้งทดลองเพื่อจับภาพของใบมีดตัดและเนื้อเยื่อที่ตัดขึ้น .
การประมวลผลภาพดิจิตอลที่ใช้ในการตรวจสอบความลึกของใบมีดที่ฝังตัวอยู่ในเนื้อเยื่อที่แต่ละทันทีตัดประวัติ การประกาศ ds1103 ควบคุมบอร์ด ( ผลิตโดยประกาศ , Inc . ) บันทึกตำแหน่งและข้อมูลกำลังจากมอเตอร์ encoder และบังคับเซ็นเซอร์ตามลำดับในเรียลไทม์พร้อมกับคว้าภาพในอัตรา 13 เฟรม / วินาทีเราได้ใช้อนุพันธ์สัดส่วน ( PD ) ควบคุมให้เคลื่อนไหวที่แม่นยำของ มอเตอร์ และ ดังนั้น ตัดใบมีดในการตัดงาน )


b . กระบวนการทดลองวัดพลังตับตัด
ตั้งแต่ทดลองใน ex vivo ตับเนื้อเยื่อการเตรียมเยื่อก่อนการทดลองช่วยรักษาสมบัติของ เนื้อเยื่อที่ใกล้เคียงที่สุดกับคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิต เราส่งจากตับหมูสดฆ่าห้องปฏิบัติการภายใน 2 ชั่วโมง หลังจากเสียชีวิต เนื้อเยื่อตับ จำนวนไม่ preconditioned เพราะในการผ่าตัดโดยศัลยแพทย์ที่มีประสบการณ์การบังคับจาก nonpreconditioned เนื้อเยื่อก่อนที่จะเริ่มการทดลอง
เราตัดตับหมูเป็น 8 ซม. ความลึก 15 ตัวอย่าง แต่ความหนาของตับชิ้น คือเนื่องจากเราต้องการรักษาแคปซูลภายนอกของตับในการทดลอง ผิวด้านนอกของชิ้นงานที่ถูกปกคลุมด้วยปิโตรเลียมเจลลี่เพื่อลดการสูญเสียความชื้นในระหว่างการทดลองบาร์ของทรงสี่เหลี่ยม ทำจากพลาสติก machineable กับอาร์เรย์ของเล็กเล็บบีบที่ปลายล่างทะลุผ่านหนึ่งขอบของตับตัวอย่างจำลองเดียวบังคับขอบเขตของพื้นผิวในขณะที่ไม่มีซ้ำแน่นอนของขอบเขตเงื่อนไขตับมนุษย์ ( ซึ่งบางส่วนติดอยู่ปลายด้านหนึ่งกับไดอะแฟรม ) ไม่มียิ่ง Simpli จึงบวกสำหรับการทดสอบครั้งแรกของเราและรูปแบบ ( ขึ้นอยู่กับการสนทนาของเรากับศัลยแพทย์จะจะ )
c . การกำหนดความลึกของการตัด
ตัวอย่างทั้งหมด ตับมีโป่งธรรมชาติในความหนาของทิศทางซึ่งนำไปสู่การเพิ่มเนื้อเยื่อตับถูกพบโดยใบมีดที่ตัดขึ้น . ความลึกของการตัดเล่น signi จึงไม่สามารถมีบทบาทในขนาดของแรงตัดการแสดงบนใบมีด ในกระดาษนี้เราใช้เทคนิคการประมวลผลภาพเพื่อตรวจสอบความลึกของใบมีดที่ฝังอยู่ภายในตับ ตัวอย่างในแต่ละทันทีของกระบวนการตัด .เราใช้ระบบบัมเบิ้ล บี เพื่อจับภาพของใบมีดตัดเป็นตัดเนื้อเยื่อ ภาพที่ได้มาจากน้ำนมflโดยใช้ 6.5 กับการประมวลผลภาพกล่องเครื่องมือ ที่เราใช้ในการตรวจหาขอบ algorithmto ร่างพื้นผิวของตับในหน้าต่างภาพ ( รูปที่ 2 ) เป็นภาพที่เคยได้รับมาเราใช้เทคนิคที่สะดวกflประมาณการระยะทางจากเครื่องหมายสีดำตัดกับขอบของพื้นผิวด้านบนของตับ
( สัมผัสความยาวใบมีด ) ดังแสดงในรูปที่ 3 ในการติดตั้งทดลองของเรา ระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของเครื่องหมายสีดำตัดกับปลายใบ ) 4.25 เซนติเมตร ( ความยาวใบมีดทั้งหมด )
ความแตกต่างในความยาวของใบและความยาวของใบมีดให้เราสัมผัสกับความลึกของใบมีดที่ฝังตัวอยู่ในเนื้อเยื่อ

D . การหาค่าการต้านทาน
มันเป็นที่พึงปรารถนาที่จะสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ทำนายที่สามารถจำลองกระบวนการตัดและทำนายการตอบสนองเชิงกล ( การบังคับและลักษณะการตัดใบมีด ) ตับตัด เป็นโปรแกรมเรียลไทม์แบบจำลองนี้ไม่ควร computationally เข้มข้น และควรจับจริงบังคับ
การกระจัดพฤติกรรมวัตถุประสงค์ของการประเมินองค์ประกอบจึงแบบแยกเป็นลักษณะพารามิเตอร์เช่นเล็มที่ให้ประเมินปริมาณเนื้อเยื่อการต้านทานทันทีก่อนการตัด ตัวแปรดังกล่าวสามารถนำมาพัฒนาสัมผัสเสมือนการจำลองการตัดศัลยกรรม
ในระหว่างการเฟสการต้านทานที่มีดสัมผัสเกิดจากหลายๆแมพโหมดรวมถึงโหมดที่ได้รับผลกระทบจากอัตราความเครียด

โหมดการเหล่านี้รวมถึงท้องถิ่นจึงยืดเสียรูปและการเสียรูปพลาสติกไนท์สายพันธุ์ใกล้มีดผ่าตัดเนื้อเยื่อปฏิสัมพันธ์ขอบ ตามการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการจัดเป็นแบบท้องถิ่น การเลื่อนของมีด ดาบและลากของชั้นเนื้อเยื่อ โดย มูลนิธิ ยืดหยุ่น และยืดหยุ่น และขนาดเล็กสายพันธุ์ทั่วโลกยืดเสียรูปทรง มูลนิธิ ผลจาก soft-tissue ด้านล่างเส้นตัดกันเป็นฐานราก และ / หรือ มูลนิธิวิ .
interplay ที่แน่นอนของเหล่านี้พร้อมกัน ( แข่งขัน ) กลไกยังไม่ชัดเจนและสัดส่วนของการปกครอง อาจเปลี่ยนจากสถานที่ไปยังสถานที่ที่เนื้อเยื่ออ่อน และได้รับผลกระทบจากอัตราความเครียดและปัจจัยที่โหลดอื่น เมื่อเพียงหนึ่งประเภทจึง C กลไกการเคลื่อนตัวเด่น , ต้านทานการเสียรูปของวัสดุที่สามารถเพิ่มเติมที่เหมาะสมลักษณะโดย
กาจึง C วัดมากกว่า โดยมาตรการอื่น ๆ ( เช่น โดยค่าโมดูลัสของยัง ติดต่อตึง ,หรือการพักผ่อนที่คงที่ เป็นกรณีที่อาจจะ ) อย่างไรก็ตาม เมื่อมีกลไกพร้อมกัน
มีส่วนร่วมเพื่อต้านทานการเสียรูป มันเหมาะสมกว่าที่จะใช้ทั่วไป คำว่า " การต่อต้าน " โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยทั่วไปคำว่า " การต่อต้าน " เป็นที่นิยมในกาจึง C ในระยะติดต่อ " ตึง " ซึ่งมักจะโครงการภาพของติดต่อของแข็ง deforms โดยอัตราตาย กลไก
สำหรับรูปเฟส , เราพยายามที่จะวัดความต้านทานการเปลี่ยนรูปนี้โดยการบูรณาการการถ่ายทอดข้อมูลแบบทดลองพลังกับธาตุไนท์ . เราซ้ำแก้
มีปัญหากับรูปแบบองค์ประกอบ ไนท์จึงผกผันตรวจสอบพารามิเตอร์ปฏิบัติการ de จึงเน็ดเป็นเล็ม จึงใช้วิธีบังคับแบบไนท์ องค์ประกอบและลักษณะการวัดระหว่างเฟสของการตรวจสอบการตัดเล็มมันเป็นที่มีประสิทธิภาพัส ในความรู้สึกว่ามันรวมผลของความซับซ้อนในภูมิภาคท้องถิ่น ( เช่นขนาดใหญ่เส้นรูปผลขึ้นอยู่กับอัตราคุณสมบัติสม่ำเสมอในบริเวณใกล้เคียงของใบมีดเนื้อเยื่อปฏิสัมพันธ์จุด แรงเสียดทานเลื่อนติดต่อเงื่อนไข ฯลฯ ) เป็นหนึ่งในปฏิบัติการพารามิเตอร์ที่มีประสิทธิภาพพารามิเตอร์นี้มีประสิทธิภาพและการถ่ายทอดลักษณะการไฟฟ้าและเป็นประโยชน์ในการกู้คืนแรงตัดการพฤติกรรมของเนื้อเยื่ออ่อนเป็นรู้สึกโดยมีด ( เช่น กับความคิดเห็น experimentalmeasurements จริง )
เป้าหมายของเราคือการกู้คืนโดยรวมรวมแรงข้อการเคลื่อนที่ลักษณะเป็นรู้สึกโดยมือของศัลยแพทย์และรวมรวมผลของกลไกที่ซับซ้อน
ที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงของใบมีดเนื้อเยื่อระหว่างจุด รายละเอียดท้องถิ่นเกี่ยวข้องกับ interplays ของกลไกการแข่งขันพร้อมกัน และอาจจะไม่เข้าใจในจุดนี้ มากการวิจัยจะต้องดำเนินการก่อนรายละเอียดการวิเคราะห์กลไกท้องถิ่นสามารถดำเนินการ อย่างไรก็ตามด้วยวิธีการนำเสนอที่นี่ ยังไม่ทราบรายละเอียดท้องถิ่นเหล่านี้ยังช่วยให้เราสามารถรวมผลโดยรวมของพวกเขาในค่าแรงและการกระจัดจำลองลักษณะเป็นรู้สึกโดยมีดในระหว่างขั้นตอนการตัดเนื้อเยื่ออ่อน