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Faulhaber突破传统医疗解决方案,助力全球首个TMS医学技术机器人助手

供稿:福尔哈贝传动技术(太仓)有限公司 2018/12/6 17:11:48

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  • 关键词: Faulhaber 医疗 机器人 TMS
  • 摘要:经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)技术是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统(主要是大脑),改变皮层神经细胞的膜电位,使之产生感应电流,影响脑内代谢和神经电活动,从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。TMS不仅是一种十分有效的神经学研究工具,也可用于一些神经和精神性疾病,特别是抑郁症的诊断和治疗。它还可替代药物治疗方法,具有无创和无痛的优点。

 

经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)技术是一种利用脉冲磁场作用于中枢神经系统(主要是大脑),改变皮层神经细胞的膜电位,使之产生感应电流,影响脑内代谢和神经电活动,从而引起一系列生理生化反应的磁刺激技术。

   

 

TMS不仅是一种十分有效的神经学研究工具,也可用于一些神经和精神性疾病,特别是抑郁症的诊断和治疗。它还可替代药物治疗方法,具有无创和无痛的优点。

 

借助微驱动装置,这项新技术可实现自动化并将所有组件安装在一个紧凑的外壳内,不仅安全性高,而且比手动操控精确得多。

 

在这些前提条件下,法国Axilum Robotix公司与Streb & Weil共同研制出了世界上第一个专用于TMS的机器人助手。该系统可将TMS线圈以最高的精度和安全性定位在每个病人事先确定的大脑区域上。

 

为获得坚固、紧凑和精确的设备,开发人员和FAULHABER应用工程师一起工作,将低背隙减速箱集成在线圈导臂上,制造出可最大限度重复定位的驱动装置。

创新的医疗方法

 

经颅磁刺激疗法最早是在19世纪末由医生和物理学家Jacques-Arsène d'Arsonval在巴黎法兰西学院开始使用。1985年,Anthony Barker在Sheffield大学采用了现代化经颅磁刺激法,显著变小的线圈刺激大脑皮层某个很小的区域,明显改善了治疗效果。

 

如今,近颅骨皮质磁刺激几乎不会对被测试者和病人造成任何不适,但小小的线圈却要求非常精确的磁场源定位。

 

世界上首个用于大脑皮层针对性磁刺激的TMS机器人助手

 

经颅磁刺激的工作原理很简单:与颅骨切向放置的TMS线圈与刺激器连接在一起,在数毫秒内产生强度高达3特斯拉的磁场。由此改变近颅骨大脑皮层电势,使神经细胞去极化并生成动作电位。

 

电场强度与到线圈的距离呈指数下降关系。这种消减变化也是在不影响定位精度的情况下将线圈尽可能地靠近需刺激的大脑区域,即直接与颅骨接触。

 

结构紧凑的机器人引导线圈

 

根据这些要求,法国的专家们研制出了一个机器人,可将TMS线圈围绕在被测试者的头部进行可重复的精确定位。病人坐在舒适的带头枕的电动调节椅上,尽量减少头部运动。

 

控制系统和高性能电机确保精确和动态的TMS线圈定位

 

机器人由神经导航系统控制,配备的光学监控系统可识别头部运动。线圈上还装有接触传感器,可确保线圈与颅骨正确接触。机器人手臂呈半球形并有七个轴,保证了良好的操作性。

 

减速箱和驱动装置尽可能近轴安装,功率调节器也紧靠驱动装置,以最大限度地缩短与电机和编码器的连接距离。功率调节器配有公共电源和总线连接器,可与控制和操作系统(带处理器的中央单元)进行通信。

 

FAULHABER小巧的驱动装置使整个系统变得极其紧凑

控制和操作系统还承担了急停等安全管理及所有上级控制任务,如机器人手臂的运动学计算、借助接触传感器调节位置等。

   

基于技术和医学方面的限制,减速电机及其调节器必须满足一些特殊要求。由TMS线圈发出的脉冲磁场要求机器人手臂高度处的电磁兼容抗扰度(电磁兼容性)必须很高。电子单元生成的辐射很少,可防止对周围的医疗设备产生干扰。因此连接导线必须尽可能短并做屏蔽处理,以避免因治疗磁场导致数据错误。

 

Faulhaber直流无刷电机

 

此外,电缆的屏蔽也很重要,否则电缆会变成天线,对其他设备产生干扰。为快速补偿头部运动,电机必须具备高启动转矩,但不能出现过温。高分辨率编码器和低背隙减速箱可确保精确的定位。

审核编辑(王静)
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