오픈 소스 로봇 정위 장비 구축
Summary
(드릴 제외) 약 $ 1,000 정위 악기, (CNC 제어 컴퓨터의 숫자)이 프로토콜은 디자인과 로봇으로 기존의 정위 장비를 업그레이드하는 데 필요한 소프트웨어가 포함되어 있습니다.
Abstract
이 프로토콜은 표준 스테퍼 모터와 CNC 제어 소프트웨어를 사용하여, 약 $ 1,000 (드릴 제외)에 대한 로봇 (CNC) 정위 계기로 기존의 정위 장비를 업그레이드하는 데 필요한 설계 및 소프트웨어가 포함되어 있습니다. 각 축은 가변 속도 컨트롤이 동시에 또는 독립적으로 운영 할 수있다. 로봇의 유연성과 개방 코딩 시스템 (G-코드) 상용 시스템에서 지원되지 않는 사용자 지정 작업을 수행 할 수 있도록했습니다. 그 응용 프로그램은 드릴 구멍, 날카로운 가장자리 craniotomies, 머리 숱 및 낮추는 전극 또는 정맥을 포함 하나 이에 한정되지는 않는다. 간단한 수술을위한 G-코드의 작성을 촉진하기 위해, 우리는 개인이 프로그래밍에 대한 지식과 함께 수술을 설계 할 수 있도록 사용자 정의 스크립트를 개발했습니다. 그러나, 모터 stereotax를 최대한 얻을 수있는 사용자의 경우, 수학 프로그래밍 및 G-코딩 (간단한 음식물의 지식이 도움이 될 것입니다) CNC 가공에 부딪치게.
추천 드릴 속도는 40,000 rpm에서보다 크다. 스테퍼 모터의 해상도는 0.346 ° / 단계에 기어드 1.8 ° / 단계입니다. 표준 stereotax 2.88 μm의 / 단계의 해상도를 가지고 있습니다. 권장되는 최대 절단 속도는 500 μm의 / 초이다. 최대 권장 조깅 속도는 3,500 μm의 / 초이다. 최대 권장 드릴 비트 크기는 HP 2.
Introduction
정위 설치류 수술은 lesioning 1, 이온 도입 2, 마이크로 와이어 주입 3, 4 자극, 얇은 두개골 영상 5를 포함하여 신경 과학의 다양한 애플리케이션에 사용된다. 그러나 정확한 정위 수술을 수행하기위한 가파른 학습 곡선과 인간의 오류의 높은 확률을 포함하여 이러한 기술을 적용하고자하는 사람들을 직면 주요 장애물이 있습니다. 인간의 오류 측정과 계산의 실패뿐만 아니라, 인간의 움직임의 낮은 정확성과 반복 가능성이 (가) 있습니다. 이러한 혼란 오류를 줄이기위한 노력의 일환으로, 정위 외과 의사가 모든 수술 절차는 주제에 걸쳐 동일하게 수행되도록 시스템에서 혜택을 누릴 것입니다. 오류의 감소는 연구자가 동물 주제의 사용, 동물 실험 6 건강의 국립 연구소의 주요 목표를 최소화 할 수있는 하나의 방법입니다. 이상적으로, 모두들tereotactic 수술 실험에서 완벽하게 복제 할 수 있으며, 실험실 간 것이다. 이 문제를 해결하기 위해, 기업은 측정 값을 읽기위한 새로운 울트라 정확한 stereotaxics, 디지털 디스플레이를 개발했다. 인간의 움직임의 오류를 제거하려면, 동력 마이크로 매니퓰레이터와 stereotaxics는 상업적으로 생산되었다, 그러나 높은 비용은 제한된 예산으로 실험실을 금지 할 수 있습니다. 또한, 그 소프트웨어는 완전히 독점적이며, 수술의 새로운 유형을 수용하도록 연구원에 의해 수정 될 수 없다.
인간의 오류 문제에 저렴한 솔루션은 산업 표준 CNC 장비를 사용하여, 실험실의 기존 모델에서 로봇 stereotax를 구축하는 것입니다. 때문에 급성장 CNC 아마추어 커뮤니티의, 물질은 훨씬 적은 비용이 과학적인 장비보다. 이것은 하나가 또한 매우 유연하고 저렴 정확한 CNC 정위 악기를 구축 할 수 있습니다. CNC 가공 및 G-코드, 개별적의 기본 지식루게릭 병은 독점 소프트웨어의 제한없이, 그들이 상상하는 정위 수술을 프로그램 할 수 있습니다. 그리고, 간단한 수술을위한 G-코드의 생산을 촉진하기 위해,이 프로토콜은 사용자가 지점 내 수술 (날카로운 가장자리 개두술, 얇은 두개골 윈도우, 홀 드릴링 및 임플란트 저하)를 디자인하고 메뉴를 클릭 할 수있는 소프트웨어가 포함되어 있습니다. 이 프로그램의 출력 CNC 소프트웨어에서 직접 실행할 수 있습니다 완성 된 G-코드입니다.
모두에서, 전동 정위 업그레이드는 오픈 소스 플랫폼의 유연성과 저렴한 비용을 유지하면서, 수술의 정확성과 반복 가능성을 증가에 관심을 가지고 사람들을 위해 이상적입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
자동화 된 수술 장비의 사용은 신경 과학 연구에서 가장 일반적인 문제 중 일부를 제거하는 데 도움이됩니다. 첫째, 공구 경로는 100 % 재현이다. 모든 컷은 브레 그마에 상대적으로 동일한 위치에있는 것으로 보장된다. 둘째, 실험 오차를 감소시켜야한다. 많은 연구자들은 고도로 숙련 된 외과 의사이지만, 심지어는 유능한 외과 의사가되기 위해 연습의 뛰어난 금액을 걸립니다. 이 장치는 새로운 …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 약물 남용 보조금 DA 006886 및 032270 DA에있는 국립 연구소에 의해 지원되었다.
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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