Costruire un Open-source Robotic Stereotassica Instrument
Summary
Questo protocollo include i disegni e il software necessari per aggiornare uno strumento stereotassico esistente a un robot (controllo numerico computerizzato); CNC strumento stereotassico per circa 1.000 dollari (escluso un trapano).
Abstract
Questo protocollo include i disegni e il software necessari per aggiornare uno strumento stereotassico esistente a un robot (CNC) strumento stereotassico per circa 1.000 dollari (escluso il trapano), utilizzando l'industria motori passo-passo standard e software di controllo CNC. Ogni asse ha il controllo di velocità variabile e possono essere azionati simultaneamente o indipendentemente. La flessibilità del robot e il sistema di codifica aperta (g-code), lo rendono in grado di svolgere attività personalizzate che non sono supportati da sistemi commerciali. Le sue applicazioni includono, ma non sono limitati a, fori, craniotomie bordi taglienti, cranio diradamento, ed elettrodi abbassamento o cannula. Al fine di accelerare la scrittura di g-codifica per interventi chirurgici semplici, abbiamo sviluppato script personalizzati che permettono agli individui di progettare un intervento chirurgico senza alcuna conoscenza di programmazione. Tuttavia, per gli utenti di ottenere il massimo del stereotax motorizzato, sarebbe utile per essere informati in programmazione matematica e G-Coding (semplice progsperonamento per la lavorazione CNC).
La velocità di fresatura consigliata è superiore a 40.000 rpm. La risoluzione del motore passo-passo è 1,8 ° / Step, orientata a 0,346 ° / Step. Un stereotax standard ha una risoluzione di 2,88 micron / step. La velocità di taglio massima raccomandata è di 500 micron / sec. La velocità di jogging consigliata massima è 3.500 micron / sec. La dimensione massima consigliata punta da trapano è HP 2.
Introduction
Chirurgia stereotassica roditore è utilizzato in un'ampia varietà di applicazioni Neuroscienze lesione 1, 2 ionoforesi, microconduttori impianto 3, 4 stimolazione, e sottile cranio immagini 5. Tuttavia, ci sono i principali ostacoli che devono affrontare coloro che desiderano applicare queste tecniche, tra cui la ripida curva di apprendimento per eseguire la chirurgia stereotassica preciso e la elevata probabilità di errore umano. Gli errori umani includono la misurazione e fallimenti di calcolo, così come la scarsa precisione e la riproducibilità di movimenti umani. Nel tentativo di ridurre questi errori confondenti, i chirurghi stereotassica trarrebbero beneficio da un sistema che assicura che tutte le procedure chirurgiche sono eseguite in modo identico tra i soggetti. La riduzione degli errori è anche un metodo attraverso il quale gli investigatori possono ridurre al minimo l'uso di soggetti animali, un obiettivo primario dei National Institutes of Health per la sperimentazione animale 6. In un mondo ideale, tutti sambulatori tereotactic sarebbe perfettamente replicabile all'interno di esperimenti, e tra i laboratori. Per risolvere questo problema, le aziende hanno sviluppato nuovi stereotaxics ultra-precisi e display digitali per la lettura misurazioni. Per rimuovere gli errori di movimento umano, motorizzati micro manipolatori e stereotaxics sono stati prodotti in commercio, ma il loro alto costo può essere proibitivo per un laboratorio con un budget limitato. Inoltre, il software è completamente proprietaria, e non può essere modificato dal ricercatore per accogliere un nuovo tipo di intervento chirurgico.
Una soluzione economica al problema errore umano è quello di costruire un robot da stereotax modello esistente di un laboratorio, utilizzando attrezzature per l'industria CNC standard. A causa di una fiorente comunità di hobbisti CNC, i materiali sono molto meno costosi di attrezzature scientifiche. Questo permette di costruire un accurato strumento stereotassico CNC, che è anche altamente flessibile ed economica. Con una conoscenza di base di lavorazione CNC e G-Code, indivials possono programmare qualsiasi intervento chirurgico stereotassica che si immagina, senza le limitazioni del software proprietario. E, al fine di accelerare la produzione di g-code per interventi chirurgici semplici, questo protocollo include un software che permette all'utente di progettare interventi chirurgici (spigolo craniotomia, sottile windowing cranio, foratura e abbassando impianto) entro punta e clicca menù. Questi programmi di emettere un g-code completato che può essere eseguito direttamente dal software CNC.
In tutto, un aggiornamento stereotassico motorizzata è ideale per coloro che hanno un interesse ad aumentare la precisione e la riproducibilità di interventi chirurgici, pur mantenendo la flessibilità e il basso costo di una piattaforma open source.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'uso di attrezzature di chirurgia automatizzato aiuta a eliminare alcuni dei problemi più comuni nella ricerca neuroscientifica. In primo luogo, i percorsi utensile sono al 100% riproducibili. Ogni taglio è garantito essere nella stessa posizione rispetto al bregma. In secondo luogo, occorre ridurre l'errore sperimentatore. Anche se molti ricercatori sono chirurghi altamente qualificati, ci vuole una quantità eccezionale di pratica per diventare anche un chirurgo competente. Questo dispositivo permetterà ai…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo studio è stato sostenuto dal National Institute on Drug Abuse Borse di DA 006.886 e 032.270 DA.
Materials
| 1x Standard U Frame Stereotax | Kopf | Kopf | This protocol should work with most existing stereotaxic devices. |
| 3x 12 V, 1.6 A, 233 oz-inch Geared Bipolar Stepper Motor | Phidgets | Robot Shop | Any high torque geared stepper motor should do. |
| 1x 3 Axis CNC Stepper Motor Driver Board Controller | Toshiba | Ebay | Any 3 Axis CNC driver should do. Linked Item includes Mach3 CNC software. |
| 2x Arm Couplers: medial-lateral (ML) & dorsal-ventral (DV) | custom machined | Part Drawings | These must be machined by your local machine shop. (costs will vary) |
| 1x anterior-posterior (AP) Coupler | custom machined | Part Drawings | These must be machined by your local machine shop. (costs will vary) |
| 3x Motor to Stereotax Collar | custom machined | Part Drawings | These must be machined by your local machine shop. (costs will vary) |
| View in Browser | |||
| 12x NF10-32 Cup Point Set Screws | McMaster Carr | ½” Length | You will need 6 of each. |
| ¼” Length | |||
| 12x M3 Socket Head Screws (20 mm) | McMaster Carr | 20mm Length | You will need 4 for each motor |
| 1x Micro-Motor Drill | Buffalo Dental | X50 | Any Micromotor drill will work. At least 38,000 rpm recommended |
| 1x 12 V DC Power Supply | 12 Volt Adapters | 12v DC – 7 Amp | Any 12 V DC PSU should work (ensure amperage rating is higher than the sum of the motors’ amperage). |
| 1x Extra Large Probe Holder | Stoelting | Stoelting | |
| 1x Grade B Rat Skull | Skulls Unlimited | Skulls Unlimited | |
| Mach 3 Mill | ArtSoft USA | Trial Download | Any Standard CNC controlling software should work. |
| Surgery Designer | Kevin Coffey & David Barker | MATLAB File Exchange | These codes are available to modify. We accept no responsibility for your use or modification of code. |
References
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