RU2817476C1 - Transcranial magnetic stimulation system - Google Patents
Transcranial magnetic stimulation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817476C1 RU2817476C1 RU2023131533A RU2023131533A RU2817476C1 RU 2817476 C1 RU2817476 C1 RU 2817476C1 RU 2023131533 A RU2023131533 A RU 2023131533A RU 2023131533 A RU2023131533 A RU 2023131533A RU 2817476 C1 RU2817476 C1 RU 2817476C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- manipulator
- patient
- stimulator
- magnetic stimulator
- head
- Prior art date
Links
- 238000011491 transcranial magnetic stimulation Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 claims abstract description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000012800 visualization Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004007 neuromodulation Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002490 cerebral effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 22
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 15
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 12
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 12
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 9
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 8
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 7
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 4
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 206010067484 Adverse reaction Diseases 0.000 description 3
- 230000006838 adverse reaction Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000006461 physiological response Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 206010028347 Muscle twitching Diseases 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000036461 convulsion Effects 0.000 description 2
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 2
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 2
- 230000007659 motor function Effects 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 244000241796 Christia obcordata Species 0.000 description 1
- 208000032170 Congenital Abnormalities Diseases 0.000 description 1
- 206010010356 Congenital anomaly Diseases 0.000 description 1
- 208000001951 Fetal Death Diseases 0.000 description 1
- 208000032943 Fetal Distress Diseases 0.000 description 1
- 206010055690 Foetal death Diseases 0.000 description 1
- 206010016855 Foetal distress syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000007698 birth defect Effects 0.000 description 1
- 230000003925 brain function Effects 0.000 description 1
- 210000003710 cerebral cortex Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 231100000517 death Toxicity 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 231100000479 fetal death Toxicity 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012502 risk assessment Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области медицины, а именно к неинвазивным методам нейростимуляции и нейромодуляции головного мозга, и предназначено для электромагнитной индукции электрического поля в заданном участке головного мозга [A61N 2/00, A61N 2/08, A61B 34/20].The invention relates to the field of medicine, namely to non-invasive methods of neurostimulation and neuromodulation of the brain, and is intended for electromagnetic induction of an electric field in a given area of the brain [A61N 2/00, A61N 2/08, A61B 34/20].
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известен TMS-ROBOT [http://infomed.com.ru/meditsinskoe-oborudovanie/product/view/11/195; https://www.youtube.com/watch?v=t2nzNr7s_kQ], представляющий собой роботизированную систему под управлением компьютера, обеспечивающую автоматическую навигацию для проведения прицельной транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). Система состоит из роботизированного манипулятора, имеющего 7 степеней свободы, и кресла с 2 степенями свободы. Имея возможность комбинации с нейронавигационной системой и установки магнитного стимулятора, TMS-Robot позволяет проводить заранее запланированную процедуру ТМС при визуальном контроле изображения головного мозга. После установки необходимых зон для стимуляции, манипулятор автоматически позиционирует магнитный стимулятор, обеспечивая дозированный контакт с поверхностью головы обследуемого. При этом компенсируются любые движения головы во время процедуры, а положение магнитного стимулятора сохраняет заданную ориентацию по отношению к мозгу. Недостатками известной системы являются отсутствие возможности ручной подстройки манипулятора, ограничивающее гибкость системы, особенно в ситуациях, требующих быстрого и точного вмешательства человека; отсутствие возможности визуального и чувственного контроля параметров проводимой процедуры; невозможность программирования автоматического прерывания процедуры вне зависимости от состояния верхнеуровневого софта при необходимости. Указанные недостатки приводят к низкому уровню контроля и безопасности при работе роботизированной системы ТМС.TMS-ROBOT is known from the prior art [http://infomed.com.ru/meditsinskoe-oborudovanie/product/view/11/195; https://www.youtube.com/watch?v=t2nzNr7s_kQ], which is a computer-controlled robotic system that provides automatic navigation for targeted transcranial magnetic stimulation (TMS). The system consists of a robotic manipulator with 7 degrees of freedom and a chair with 2 degrees of freedom. Having the ability to combine with a neuronavigation system and install a magnetic stimulator, TMS-Robot allows for a pre-planned TMS procedure with visual control of the brain image. After setting the required zones for stimulation, the manipulator automatically positions the magnetic stimulator, providing dosed contact with the surface of the subject’s head. In this case, any movements of the head during the procedure are compensated, and the position of the magnetic stimulator maintains the specified orientation in relation to the brain. The disadvantages of the known system are the lack of the ability to manually adjust the manipulator, which limits the flexibility of the system, especially in situations requiring quick and accurate human intervention; lack of possibility of visual and sensory control of the parameters of the procedure; impossibility of programming automatic interruption of the procedure, regardless of the state of the top-level software, if necessary. These disadvantages lead to a low level of control and safety during the operation of the robotic TMS system.
Из уровня техники также известен TMS-COBOT [http://infomed.com.ru/meditsinskoe-oborudovanie/product/view/11/225], представляющий собой более компактное решение для прицельной транскраниальной магнитной стимуляции, позволяющее проводить манипуляции как с участием совместимых нейронавигационных систем на основе данных МРТ, так и с помощью оптической системы слежения, и имеющее помимо автоматического- ручной режим управления. Недостатком данного устройства является также является отсутствие возможности ручной подстройки манипулятора в случае необходимости, отсутствие визуального контроля параметров, включая параметры усилия, прикладываемого манипулятором к голове пациента, невозможность задания параметров прерывания процедуры вне зависимости от верхнеуровнего софта.TMS-COBOT is also known from the prior art [http://infomed.com.ru/meditsinskoe-oborudovanie/product/view/11/225], which is a more compact solution for targeted transcranial magnetic stimulation, allowing manipulations both with the participation of compatible neuronavigation systems based on MRI data, and using an optical tracking system, and having, in addition to automatic, a manual control mode. The disadvantage of this device is also the lack of the ability to manually adjust the manipulator if necessary, the lack of visual control of parameters, including the parameters of the force applied by the manipulator to the patient’s head, and the inability to set parameters for interrupting the procedure, regardless of the top-level software.
Наиболее близким решением к предложенному (ближайшим аналогом) является СИСТЕМА РОБОТИЗИРОВАННОГО ХИРУРГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И НАВИГАЦИИ [WO 2023038906 (A1), опубл. 16.03.2023], включающая роботизированную систему, положение которой регулируется и контролируется с использованием системы навигации благодаря считыванию маркеров или с использованием дополнительно данных медицинских исследований, а датчики, установленные на манипуляторе системы позволяют удерживать дозированный заранее запрограммированный контакт с поверхностью тела пациента. В системе предусмотрено 3 режима управления - автоматический, полуавтоматический и ручной. При этом ручной режим предусматривает удержание веса устройства манипулятором, а контроль положения и перемещения устройства, в частности, магнитного стимулятора, специалистом, однако при этом у специалиста отсутствует возможность получения обратной связи от стимулятора и манипулятора, что не позволяет специалисту контролировать усилие, прикладываемое инструментом к той поверхности, на которую осуществляется воздействие. Вместе с отсутствием возможности визуального контроля фактических значений параметров прикладываемых усилий это приводит к снижению безопасности воздействия, по существу, превращая устройство роботизированного контроля в устройство роботизированного удержания и навигации. Кроме того, в известном устройстве также отсутствует возможность прерывания работы устройства вне зависимости от верхнеуровнего софта, что также увеличивает количество факторов, снижающих безопасность.The closest solution to the proposed one (closest analogue) is the SYSTEM OF ROBOTIC SURGICAL CONTROL AND NAVIGATION [WO 2023038906 (A1), publ. 03/16/2023], including a robotic system, the position of which is adjusted and controlled using a navigation system by reading markers or using additional medical research data, and sensors installed on the system’s manipulator make it possible to maintain dosed, pre-programmed contact with the surface of the patient’s body. The system provides 3 control modes - automatic, semi-automatic and manual. In this case, the manual mode provides for holding the weight of the device with a manipulator, and monitoring the position and movement of the device, in particular, the magnetic stimulator, by a specialist, however, the specialist does not have the opportunity to receive feedback from the stimulator and the manipulator, which does not allow the specialist to control the force applied by the tool to the surface on which the impact is carried out. Together with the lack of the possibility of visual control of the actual values of the parameters of the applied forces, this leads to a decrease in the safety of the impact, essentially turning the robotic control device into a robotic holding and navigation device. In addition, the known device also does not have the ability to interrupt the operation of the device regardless of the top-level software, which also increases the number of factors that reduce security.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Технической проблемой, решаемой изобретением, является устранение недостатков прототипа.The technical problem solved by the invention is to eliminate the shortcomings of the prototype.
Техническим результатом изобретения является повышение безопасности проводимой процедуры транскраниальной магнитной стимуляции для пациента с использованием роботассистированного комплекса.The technical result of the invention is to increase the safety of the transcranial magnetic stimulation procedure for the patient using a robot-assisted complex.
Указанное повышение безопасности объективно проявляется в уменьшении количества факторов, способных нести риски повреждения/возникновения нарушений у пациента.This increase in safety is objectively manifested in a reduction in the number of factors that can pose risks of damage/disorders to the patient.
Указанный технический результат обеспечивает комплекс для проведения транскраниальной магнитной стимуляции, включающий: аппаратную стойку, на корпусе которой размещены коллаборативный роботассистированный манипулятор, содержащий звенья и имеющий шесть степеней подвижности, оснащенный схватом манипулятора, выполненным на дистальном конце дистального звена манипулятора с возможностью удержания устройства фиксации магнитного стимулятора; магнитным стимулятором, содержащим рабочую часть, включающую один или несколько койлов, и ручку стимулятора, съемно прикрепленную с помощью устройства фиксации магнитного стимулятора к схвату манипулятора таким образом, что продольная ось, проходящая через дистальное звено манипулятора, совпадает с центром рабочей части стимулятора, при этом на магнитном стимуляторе установлен по меньшей мере один инфракрасный маркер; шестиосевым датчиком силомоментного очувствления, подключенным к схвату манипулятора и выполненным с возможностью измерения усилия в точке контакта головы пациента и магнитного стимулятора, джойстиком ручной подстройки положения манипулятора, расположенным на проксимальном конце дистального звена манипулятора, оснащенным оптико-электронной измерительной системой, преобразующей движения джойстика по шести осям в электрические сигналы, обеспечивающие движение звеньев манипулятора; трехосевым акселерометром, расположенным на дистальном звене манипулятора, и выполненным с возможностью измерения ускорение дистального звена манипулятора по трем осям, сенсорный монитор, выполненный с возможностью ввода, редактирования и визуального отображения данных о планировании и проведении процедуры транскраниальной магнитной стимуляции, включая отображение значения усилия в точке контакта головы пациента и магнитного стимулятора, и их передачи в систему управления; систему оптического трекинга, содержащую очковую оправу, выполненную с возможностью размещения на голове пациента и содержащую по меньшей мере один инфракрасный маркер, и стойку с размещенными на ней инфракрасными камерами, выполненными с возможностью регистрации положения инфракрасных маркеров, и передачи данных в виде координат по трем осям и трем углам в режиме реального времени в систему управления; систему управления, включающую управляющий компьютер, выполненный с возможностью приема данных от сенсорного монитора о планировании и проведении процедуры транскраниальной магнитной стимуляции и выдачи управляющих команд исполнительным механизмам манипулятора, приема данных томографических исследований пациента, построения и отображением на их основании 3D-модели головного мозга пациента, приема данных о положении инфракрасных маркеров от системы оптического трекинга с расчетом относительных координат магнитного стимулятора и головы пациента, привязки координат головы пациента относительно координат магнитного стимулятора, сопоставления точек реального объекта с модельными с их визуализацией на экране, перерасчета модельных точек и выдачи управляющих команд исполнительным механизмам манипулятора, расчета положений рабочей точки относительно головы пациента, планирования траекторий перехода между целевыми положениями магнитного стимулятора, отслеживания выполнения спланированных траекторий; приема данных от джойстика ручной подстройки положения манипулятора, перерасчета смещений крышки джойстика в желаемую скорость и направление движения схвата манипулятора, преобразования желаемой скорости и направления движения схвата манипулятора в управляющие команды исполнительным механизмам манипулятора и выдачи управляющих команд, приема данных от системы измерения усилий, проверки усилия, прилагаемого к рабочей точке, на нахождение в пределах допустимого диапазона, расчета желаемого положения прилегания манипулятора, отправки управляющих команд исполнительным механизмам манипулятора на движение в желаемую позицию, приема значения ускорений от трехосевого акселерометра, сравнения их с предварительно заданным граничным значением и отключения питания манипулятора в случае его превышения.The specified technical result is provided by a complex for carrying out transcranial magnetic stimulation, including: a hardware stand, on the body of which a collaborative robot-assisted manipulator is placed, containing links and having six degrees of mobility, equipped with a manipulator gripper made at the distal end of the distal link of the manipulator with the ability to hold the magnetic stimulator fixation device ; a magnetic stimulator containing a working part, including one or more coils, and a stimulator handle, removably attached using a device for fixing the magnetic stimulator to the grip of the manipulator in such a way that the longitudinal axis passing through the distal link of the manipulator coincides with the center of the working part of the stimulator, while at least one infrared marker is installed on the magnetic stimulator; a six-axis force-torque sensor connected to the grip of the manipulator and configured to measure the force at the point of contact of the patient’s head and the magnetic stimulator, a joystick for manually adjusting the position of the manipulator, located at the proximal end of the distal link of the manipulator, equipped with an optical-electronic measuring system that converts the movements of the joystick in six axes in electrical signals that ensure the movement of the manipulator links; a three-axis accelerometer located on the distal link of the manipulator, and configured to measure the acceleration of the distal link of the manipulator along three axes, a touch monitor configured to enter, edit and visually display data on planning and carrying out the transcranial magnetic stimulation procedure, including displaying the force value at a point contact between the patient’s head and the magnetic stimulator, and their transmission to the control system; an optical tracking system containing a spectacle frame configured to be placed on the patient's head and containing at least one infrared marker, and a stand with infrared cameras placed on it, configured to register the position of the infrared markers and transmit data in the form of coordinates along three axes and three corners in real time to the control system; a control system, including a control computer, configured to receive data from a touch monitor on planning and carrying out the transcranial magnetic stimulation procedure and issuing control commands to the actuators of the manipulator, receiving data from tomographic studies of the patient, constructing and displaying a 3D model of the patient’s brain based on them, receiving data on the position of infrared markers from the optical tracking system with calculating the relative coordinates of the magnetic stimulator and the patient’s head, linking the coordinates of the patient’s head relative to the coordinates of the magnetic stimulator, comparing points of a real object with model ones with their visualization on the screen, recalculating model points and issuing control commands to actuators manipulator, calculating the positions of the operating point relative to the patient’s head, planning transition trajectories between target positions of the magnetic stimulator, monitoring the implementation of planned trajectories; receiving data from the joystick for manually adjusting the position of the manipulator, recalculating the displacements of the joystick cover into the desired speed and direction of movement of the manipulator gripper, converting the desired speed and direction of movement of the manipulator gripper into control commands to the actuators of the manipulator and issuing control commands, receiving data from the force measurement system, checking force , applied to the operating point, to be within the permissible range, calculate the desired position of contact of the manipulator, send control commands to the actuators of the manipulator to move to the desired position, receive the acceleration value from the three-axis accelerometer, compare them with a predetermined limit value and turn off the power to the manipulator at if it is exceeded.
В частности, комплекс, в котором управление магнитным стимулятором интегрировано в систему управления комплексом.In particular, a complex in which the control of a magnetic stimulator is integrated into the complex control system.
В частности, комплекс, в котором аппаратная стойка выполнена с возможностью перемещения.In particular, a complex in which the hardware rack is made movable.
В частности комплекс, в котором аппаратная стока содержит роликовые колеса и ручки.In particular, a complex in which the hardware drain contains roller wheels and handles.
В частности, комплекс, в котором инфракрасные камеры выполнены с возможностью регистрации положения инфракрасных маркеров с точностью до 0,25мм для пирамидального объема и 0,3 мм для вытянутого пирамидального объема.In particular, a complex in which infrared cameras are capable of recording the position of infrared markers with an accuracy of 0.25 mm for a pyramidal volume and 0.3 mm for an elongated pyramidal volume.
В частности, комплекс, в котором трехосевой акселерометр представляет собой MEMS-акселерометр.In particular, a complex in which the three-axis accelerometer is a MEMS accelerometer.
Указанный технический результат достигается благодаря совместному использованию в заявленном комплексе джойстика ручной подстройки положения манипулятора, позволяющего специалисту, осуществляющему процедуру, независимо от выбранного режима осуществлять точную плавную подстройку положения манипулятора, что в сочетании с возможностью отображения на сенсорном экране сведений о силе прилегания устройства позволяет осуществлять дозированное по силе и достаточное по степени прилегание манипулятора в нужной области, а кроме того в ручном режиме обеспечивает контролируемое специалистом безопасное перемещение манипулятора.The specified technical result is achieved due to the joint use in the claimed complex of a joystick for manual adjustment of the position of the manipulator, allowing the specialist performing the procedure, regardless of the selected mode, to carry out precise smooth adjustment of the position of the manipulator, which, in combination with the ability to display information on the contact force of the device on the touch screen, allows for dosed in terms of strength and sufficient degree of fit of the manipulator in the desired area, and in addition, in manual mode it ensures safe movement of the manipulator controlled by a specialist.
При этом особенности фиксации магнитостимулятора к манипулятору, а именно фиксация таким образом, чтобы продольная ось, проходящая через дистальное звено манипулятора, совпадала с центром рабочей части стимулятора, обеспечивает распространение пика индукции магнитной стимуляции именно в области касания головы пациента с достаточным (известным из показаний сенсорного монитора) усилием, предотвращая возможность оказания воздействия на рядом расположенные области или возможность оказания воздействия на более широкие области, чем необходимо, вследствие недостаточно сильного прилегания устройства к голове пациента.At the same time, the peculiarities of fixing the magnetic stimulator to the manipulator, namely fixation in such a way that the longitudinal axis passing through the distal link of the manipulator coincides with the center of the working part of the stimulator, ensures the spread of the peak of magnetic stimulation induction precisely in the area of contact with the patient’s head with sufficient (known from sensory readings) monitor) with force, preventing the possibility of influencing nearby areas or the possibility of influencing wider areas than necessary due to the device not being tightly attached to the patient's head.
Кроме того, дополнительный вклад в достижение безопасности процедуры вносит включение в состав комплекса средств, осуществляющих мониторинг скорости перемещения манипулятора, при превышении граничных значений которых происходит отключение питания манипулятора.In addition, an additional contribution to achieving the safety of the procedure is made by the inclusion in the complex of means that monitor the speed of movement of the manipulator; if the limit values are exceeded, the power to the manipulator is turned off.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 представлен эскиз роботассистированного комплекса для транскраниальной магнитостимуляции головного мозга.In fig. Figure 1 shows a sketch of a robot-assisted complex for transcranial magnetic stimulation of the brain.
На фиг. 2 представлена обобщенная схема функционального взаимодействия элементов комплекса.In fig. Figure 2 presents a generalized diagram of the functional interaction of the elements of the complex.
На фиг. 3 приведена общая структура программного обеспечения системы управления.In fig. Figure 3 shows the general structure of the control system software.
На фигурах обозначено: 1 - коллаборативный роботизированный манипулятор; 2 - аппаратная стойка; 3 - система управления; 4 - система оптического трекинга; 5 - магнитный стимулятор; 6 - модуль безопасности работы роботассистированного комплекса; 7 - система управления магнитным стимулятором; 8 - блок управления манипулятором; 9 - система измерения усилия; 10 - джойстик ручной подстройки положения манипулятора; 11 - устройство крепления манипулятора к аппаратной стойке; 12 - устройство фиксации магнитного стимулятора к схвату манипулятора; 13 - сервисный планшет манипулятора; 14 - корпус аппаратной стойки; 15 - электромонтажная панель; 16 - кронштейн для сенсорного монитора: 17 - сенсорный монитор; 18 - управляющий компьютер; 19 - колеса-ролики; 20 - ручки; 21 - стойка система оптического трекинга.The figures indicate: 1 - collaborative robotic manipulator; 2 - hardware rack; 3 - control system; 4 - optical tracking system; 5 - magnetic stimulator; 6 - safety module for the operation of the robot-assisted complex; 7 - magnetic stimulator control system; 8 - manipulator control unit; 9 - force measurement system; 10 - joystick for manual adjustment of the position of the manipulator; 11 - device for attaching the manipulator to the equipment rack; 12 - device for fixing the magnetic stimulator to the grip of the manipulator; 13 - manipulator service tablet; 14 - hardware rack housing; 15 - electrical panel; 16 - bracket for touch monitor: 17 - touch monitor; 18 - control computer; 19 - roller wheels; 20 - handles; 21 - rack optical tracking system.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
В настоящей заявке под термином «проксимальный» подразумевается рабочий орган устройства или его часть, расположенные ближе к центру устройства.In this application, the term “proximal” means the working body of the device or part thereof located closer to the center of the device.
Под термином «дистальный» подразумевается рабочий орган устройства или его часть, расположенные дальше от центра устройства.The term “distal” refers to the working part of the device or part thereof located further from the center of the device.
Под термином «койл» подразумевается катушка магнитостимулятора.The term “coil” refers to the magnetic stimulator coil.
Программно-аппаратный комплекс для проведения транскраниальной магнитостимуляции головного мозга содержит коллаборативный роботизированный манипулятор 1, аппаратную стойку 2, систему управления 3, систему оптического трекинга 4, магнитный стимулятор 5 (фиг. 1-2), модуль безопасности 6 работы роботассистированного комплекса.The software and hardware complex for transcranial magnetic stimulation of the brain contains a collaborative robotic manipulator 1, a hardware rack 2, a control system 3, an optical tracking system 4, a magnetic stimulator 5 (Fig. 1-2), a safety module 6 for the operation of the robot-assisted complex.
Дополнительно комплекс может содержать систему управления 7 магнитным стимулятором 5, интегрированную в систему управления 3.Additionally, the complex may contain a control system 7 for the magnetic stimulator 5, integrated into the control system 3.
Коллаборативный роботизированный манипулятор 1 представляет собой манипулятор, выполненный из звеньев, и имеющий шесть степеней подвижности, оснащенный блоком управления 8 манипулятора 1; системой измерения усилия 9 в точке контакта магнитного стимулятора 5 с головой пациента; джойстиком 10 ручной подстройки положения манипулятора, расположенным на проксимальном конце дистального звена манипулятора, оснащенным оптико-электронной измерительной системой, преобразующей движения джойстика по шести осям в электрические сигналы, обеспечивающие движение звеньев манипулятора; устройством крепления 11 манипулятора 1 к аппаратной стойке 2, устройством фиксации 12 магнитного стимулятора 5 к схвату манипулятора, обеспечивающим крепление магнитного стимулятора к схвату манипулятору таким образом, что продольная ось, проходящая через дистальное звено манипулятора, совпадает с центром рабочей части стимулятора 5; сервисным планшетом 13 манипулятора для выполнения базовых настроек манипулятора (фиг. 3).The collaborative robotic manipulator 1 is a manipulator made of links and having six degrees of freedom, equipped with a control unit 8 of the manipulator 1; force measurement system 9 at the point of contact of the magnetic stimulator 5 with the patient’s head; joystick 10 for manual adjustment of the position of the manipulator, located at the proximal end of the distal link of the manipulator, equipped with an optical-electronic measuring system that converts the movements of the joystick along six axes into electrical signals that ensure the movement of the manipulator links; a device for fastening 11 of the manipulator 1 to the hardware rack 2, a device for fixing 12 of the magnetic stimulator 5 to the grip of the manipulator, ensuring fastening of the magnetic stimulator to the grip of the manipulator in such a way that the longitudinal axis passing through the distal link of the manipulator coincides with the center of the working part of the stimulator 5; service tablet 13 of the manipulator to perform basic settings of the manipulator (Fig. 3).
Блок управления 8 манипулятором 1 выполнен с возможностью преобразования и выдачи управляющих сигналов на приводные механизмы звеньев манипулятора 1.The control unit 8 of the manipulator 1 is configured to convert and issue control signals to the drive mechanisms of the links of the manipulator 1.
Система измерения усилия 9 представляет собой датчик силомоментного очувствления 6DoF, предназначенный для измерения усилий в точке контакта головы пациента и магнитного стимулятора для обеспечения безопасного взаимодействия коллаборативного роботизированного манипулятора, пациента и врача. Система измерения усилий в режиме реального времени осуществляет измерение усилий, которые возникают в точке контакта головы пациента и магнитного стимулятора. Измерение усилий позволяет, с одной стороны, избежать избыточного давления в точке контакта, способного привести к дискомфорту или травмам, а с другой стороны контролировать наличие необходимой степени контакта между роботассистированным устройством и головой пациента. Недостаточный контакт может привести к распространению воздействия за пределы выбранной зоны или к недостаточному воздействию на выбранную зону, что и в том и в другом случае приводит к снижению безопасности проводимой процедуры, а также ее эффективности. Кроме того, в случае непроизвольных смещений головы пациента и разрыва точки контакта, система измерения усилий подает информационный сигнал на систему управления о том, что контакт утерян. Параметры, измеренные системой, отображаются на сенсорном мониторе (см. ниже)The force measurement system 9 is a 6DoF force-sensing sensor designed to measure forces at the point of contact between the patient's head and the magnetic stimulator to ensure safe interaction between the collaborative robotic arm, the patient and the clinician. The real-time force measurement system measures the forces that occur at the point of contact between the patient's head and the magnetic stimulator. Measuring forces allows, on the one hand, to avoid excess pressure at the point of contact, which can lead to discomfort or injury, and on the other hand, to monitor the presence of the required degree of contact between the robotic device and the patient’s head. Insufficient contact may result in spread of exposure beyond the selected area or insufficient exposure of the selected area, both of which reduce the safety of the procedure performed, as well as its effectiveness. In addition, in the event of involuntary displacement of the patient's head and a break in the contact point, the force measurement system sends an information signal to the control system that contact has been lost. The parameters measured by the system are displayed on the touch monitor (see below)
Система измерения усилия 9 выполнена в виде шестиосевого датчика усилия/ крутящего момента струнного типа, который выполнен с возможностью обнаружения трех усилий и трех крутящих моментов одновременно. Датчик использует тензорезистор для измерения изменения чувствительного упругого элемента. Датчик содержит встроенную систему, которая может собирать и обрабатывать сигнал об изменении напряжения сопротивления.The force measurement system 9 is designed as a six-axis string-type force/torque sensor, which is capable of detecting three forces and three torques simultaneously. The sensor uses a strain gauge to measure the change in the sensing elastic element. The sensor contains a built-in system that can collect and process the resistance voltage change signal.
Джойстик 10 ручной подстройки положения манипулятора, расположенный на проксимальном конце дистального звена манипулятора 1 на его тыльной стороне, оснащен оптико-электронной измерительной системой, преобразующей движения джойстика по шести осям в электрические сигналы, обеспечивающие движение звеньев манипулятора 1; и выполнен с возможностью управления движениями манипулятора в ручном режиме. Устройство позволяет легко, точно и плавно перемещать механические компоненты, в данном случае роботизированный коллаборативный манипулятор 1, уменьшая риски порывистых, неточных, плохо координированных движений, способных нанести травму пациенту. Джойстик 10 имеет беспроводной интерфейс взаимодействия с управляющим компьютером.The joystick 10 for manually adjusting the position of the manipulator, located at the proximal end of the distal link of the manipulator 1 on its rear side, is equipped with an optical-electronic measuring system that converts the movements of the joystick along six axes into electrical signals that ensure the movement of the links of the manipulator 1; and is designed to control the movements of the manipulator in manual mode. The device allows easy, precise and smooth movement of mechanical components, in this case the robotic collaborative manipulator 1, reducing the risk of jerky, imprecise, poorly coordinated movements that can cause injury to the patient. Joystick 10 has a wireless interface for interaction with the control computer.
Устройство крепления 11 манипулятора 1 к аппаратной стойке описано ниже.The device for attaching 11 the manipulator 1 to the hardware rack is described below.
Устройство фиксации 12 магнитного стимулятора 5 выполнено с возможностью обеспечения крепления магнитного стимулятора к схвату манипулятору таким образом, что продольная ось, проходящая через дистальное звено манипулятора, совпадает с центром рабочей части стимулятора 5. В предпочтительном варианте реализации устройство фиксации 12 состоит из следующих деталей: механизма фиксации магнитного стимулятора из двух щек (основная и ответная), выполненного из полиамида технологией 3D-печати путем лазерного спекания, лепестковой ручки для фиксации ручки магнитного стимулятора между щеками механизма фиксации, фланца и П-образного профиля устройства крепления магнитного стимулятора 5 к схвату роботизированного коллаборативного манипулятора 1.The fixation device 12 of the magnetic stimulator 5 is designed to provide fastening of the magnetic stimulator to the grip of the manipulator in such a way that the longitudinal axis passing through the distal link of the manipulator coincides with the center of the working part of the stimulator 5. In the preferred embodiment, the fixation device 12 consists of the following parts: a mechanism fixation of a magnetic stimulator from two cheeks (main and counter), made of polyamide using 3D printing technology by laser sintering, a petal handle for fixing the handle of the magnetic stimulator between the cheeks of the fixation mechanism, a flange and a U-shaped profile of the device for attaching the magnetic stimulator 5 to the grip of a robotic collaborative manipulator 1.
Аппаратная стойка 2 состоит из каркаса стойки (на фиг. не показан), корпуса 14 аппаратной стойки 2 и электромонтажной панели 15.The hardware rack 2 consists of a rack frame (not shown in the figure), a housing 14 of the hardware rack 2 and an electrical panel 15.
Каркас стойки выполнен из листовой стали толщиной 3 мм и представляет собой сварную конструкцию. На верхней части каркаса имеется постамент с фланцем, являющийся частью устройства для крепления 11 манипулятора 1 к аппаратной стойке 2 и элементы для крепления ручек. По всей площади каркаса имеются технологические отверстия для удобства прокладки кабелей. В передней и задней частях предусмотрены вентиляционные окна для обеспечения воздушного охлаждения оборудования, которое размещается внутри.The frame of the rack is made of sheet steel 3 mm thick and is a welded structure. On the upper part of the frame there is a pedestal with a flange, which is part of the device for attaching 11 the manipulator 1 to the hardware rack 2 and elements for attaching the handles. There are technological holes throughout the entire frame area for easy cable routing. Ventilation windows are provided at the front and rear to provide air cooling for the equipment placed inside.
Корпус 14 аппаратной стойки 2 выполнен с возможностью размещения роботизированного манипулятора 1, кронштейна 16 для сенсорного монитора, сенсорного монитора 17 и электромонтажной панели 15. Внутри корпуса размещен управляющий компьютер 18, блок питания управляющего компьютера, система воздушного охлаждения.The housing 14 of the hardware rack 2 is designed to accommodate a robotic arm 1, a bracket 16 for a touch monitor, a touch monitor 17 and an electrical panel 15. Inside the housing there is a control computer 18, a power supply for the control computer, and an air cooling system.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения каркас стойки, закрытый корпусом 14 аппаратной стойки 2 выполнен с возможностью перемещения, например установлен на колеса-ролики 19. Колеса-ролики 19 предпочтительно выполнены в виде четырех пластмассовых сдвоенных роликов с контактным слоем из термопластичного полиуретана и основанием из усиленного полиамида. Колеса обеспечивают низкое сопротивление качению и развороту, устойчивость к абразивному износу. Каждое колесо предпочтительно имеет механический тормоз, что позволяет надежно стопорить устройство в нужном месте.In a preferred embodiment of the invention, the frame of the rack, closed by the housing 14 of the equipment rack 2, is movable, for example mounted on caster wheels 19. The caster wheels 19 are preferably made in the form of four plastic double rollers with a contact layer made of thermoplastic polyurethane and a base made of reinforced polyamide . The wheels provide low rolling and turning resistance and resistance to abrasive wear. Each wheel preferably has a mechanical brake, which allows you to securely lock the device in the right place.
Корпус 14 аппаратной стойки 2 также может содержать ручки 20 для обеспечения удобства перемещения. Предпочтительно ручки выполнены из металла и имеют дугообразные форму.The housing 14 of the equipment rack 2 may also include handles 20 for ease of movement. Preferably, the handles are made of metal and have an arched shape.
Электромонтажная панель 15 выполнена с возможностью электрического монтажа управляющего компьютера, блока управления 8 манипулятора 1, сенсорного монитора 17 и разделяет внутреннее пространство каркаса стойки на две части в виде вертикальной стенки.The electrical installation panel 15 is designed to allow electrical installation of the control computer, the control unit 8 of the manipulator 1, the touch monitor 17 and divides the internal space of the rack frame into two parts in the form of a vertical wall.
Система управления 3 содержит управляющий компьютер 18, джойстик 10, сенсорный монитор 17, программное обеспечение управления.The control system 3 contains a control computer 18, a joystick 10, a touch monitor 17, and control software.
Управляющий компьютер 18 выполнен с возможностью: приема данных от сенсорного монитора о планировании и проведении процедуры транскраниальной магнитной стимуляции и выдачи управляющих команд исполнительным механизмам манипулятора, приема данных томографических исследований пациента, построения и отображением на их основании 3D - модели головного мозга пациента, приема данных о положении инфракрасных маркеров от системы оптического трекинга с расчетом относительных координат магнитного стимулятора и головы пациента, привязки координат головы пациента относительно координат магнитного стимулятора, сопоставления точек реального объекта с модельными с их визуализацией на экране, перерасчета модельных точек и выдачи управляющих команд исполнительным механизмам манипулятора, расчета положений рабочей точки относительно головы пациента, планирования траекторий перехода между целевыми положениями магнитного стимулятора, отслеживания выполнения спланированных траекторий; приема данных от джойстика ручной подстройки положения манипулятора, перерасчета смещений крышки джойстика в желаемую скорость и направление движения схвата манипулятора, преобразования желаемой скорости и направления движения схвата манипулятора в управляющие команды исполнительным механизмам манипулятора и выдачи управляющих команд, приема данных от системы измерения усилий, проверки усилия, прилагаемого к рабочей точке, на нахождение в пределах допустимого диапазона, расчета желаемого положения прилегания манипулятора, отправки управляющих команд исполнительным механизмам манипулятора на движение в желаемую позицию, приема значения ускорений от трехосевого акселерометра, сравнения их с предварительно заданным граничным значением и отключения питания манипулятора в случае его превышения.The control computer 18 is configured to: receive data from the touch monitor on the planning and implementation of the transcranial magnetic stimulation procedure and issue control commands to the actuators of the manipulator, receive data from tomographic studies of the patient, construct and display on their basis a 3D model of the patient’s brain, receive data on position of infrared markers from the optical tracking system with calculation of the relative coordinates of the magnetic stimulator and the patient’s head, linking the coordinates of the patient’s head relative to the coordinates of the magnetic stimulator, comparing points of a real object with model ones with their visualization on the screen, recalculating model points and issuing control commands to the actuators of the manipulator, calculation positions of the operating point relative to the patient’s head, planning transition trajectories between target positions of the magnetic stimulator, monitoring the implementation of planned trajectories; receiving data from the joystick for manually adjusting the position of the manipulator, recalculating the displacements of the joystick cover into the desired speed and direction of movement of the manipulator gripper, converting the desired speed and direction of movement of the manipulator gripper into control commands to the actuators of the manipulator and issuing control commands, receiving data from the force measurement system, checking force , applied to the operating point, to be within the permissible range, calculate the desired position of contact of the manipulator, send control commands to the actuators of the manipulator to move to the desired position, receive the acceleration value from the three-axis accelerometer, compare them with a predetermined limit value and turn off the power to the manipulator at if it is exceeded.
Управляющий компьютер 18 связывается с блоком управления 8 манипулятором 1 по стандарту промышленных сетей пакетной передачи данных Ethernet. Связь компьютера с магнитным стимулятором 5 и системой оптического трекинга 4 осуществляется по универсальной последовательной шине подключения периферийных устройств USB 2.0. Таким же образом организована связь системы измерения усилий 9 с манипулятором 1. С сенсорным монитором 17 для обеспечения работы сенсора связь между управляющим компьютером 18 и монитором 17 осуществляется через универсальную последовательную шину типа B. Для вывода графического изображения на экран монитора 17 используется интерфейс для вывода изображений высокой четкости HDMI. С джойстиком 10 реализована беспроводная связь на основе технологии Bluetooth. Связь между блоком управления 8 манипулятором 1 и его приводными исполнительными механизмами осуществляется по стандарту промышленных автоматизированных сетей RS-485.The control computer 18 communicates with the control unit 8 of the manipulator 1 according to the standard of industrial Ethernet packet data networks. The computer communicates with the magnetic stimulator 5 and the optical tracking system 4 via a universal serial bus for connecting peripheral devices USB 2.0. In the same way, the connection between the force measurement system 9 and the manipulator 1 is organized. With the touch monitor 17 to ensure the operation of the sensor, the connection between the control computer 18 and the monitor 17 is carried out through a universal serial bus type B. An interface for displaying images is used to display a graphic image on the screen of the monitor 17 high definition HDMI. Joystick 10 features wireless communication based on Bluetooth technology. Communication between the control unit 8 of the manipulator 1 and its drive actuators is carried out according to the standard of industrial automated networks RS-485.
Джойстик 10 ручной подстройки положения манипулятора, расположенный на проксимальном конце дистального звена манипулятора, оснащен оптико-электронной измерительной системой, преобразующей движения джойстика по шести осям в электрические сигналы, обеспечивающие движение звеньев манипулятора. Джойстик 10 выполнен с возможностью управления скоростью движения манипулятора 1 для обеспечения плавного перемещения магнитного стимулятора 5, а также настройки масштабирования, чувствительности, инверсии движений по всем осям. Возможность настройки чувствительности и масштабирования влияет на точность управления при использовании джойстика, а контроль скорости перемещения обеспечивает плавные движения звеньев манипулятора, что в совокупности позволяет снизить риск нанесения травм и повреждений пациенту за счет плавного, точного, дозированного перемещения и воздействия устройством на выбранную область.The joystick 10 for manually adjusting the position of the manipulator, located at the proximal end of the distal link of the manipulator, is equipped with an optical-electronic measuring system that converts the movements of the joystick along six axes into electrical signals that ensure the movement of the manipulator links. Joystick 10 is configured to control the speed of movement of the manipulator 1 to ensure smooth movement of the magnetic stimulator 5, as well as adjust scaling, sensitivity, and inversion of movements along all axes. The ability to adjust sensitivity and scaling affects the accuracy of control when using the joystick, and control of the movement speed ensures smooth movements of the manipulator links, which together reduces the risk of injury and damage to the patient due to smooth, accurate, measured movement and impact of the device on the selected area.
Сенсорный монитор 17 выполнен с возможностью обеспечения ввода, редактирования и визуального отображения данных о планировании и проведении процедуры ТМС, вывода нужного пункта меню, а также позволяет пользователю (оператору системы, врачу) наглядно видеть значение усилия в точке контакта головы пациента и магнитного стимулятора, и передавать это значение и другие необходимые данные в систему управления. Наглядное отображение значения усилия позволяет врачу регулировать степень давления устройством на выбранную область, предотвращая как избыточный контакт, несущий риск нанесения травм и повреждений пациенту, так и недостаточный, способствующий распространению индукции магнитного стимулятора за пределы выбранной зоны (точки воздействия), то есть снижению точности воздействия, а также снижению его эффективности в следствие того, что при недостаточной силе контакта магнитного стимулятора с головой пациента пик индукции может приходится на точки, предшествующие выбранной и необходимой для восстановления функций. Снижение точности и эффективности процедуры, равно как и риск нанесения механических травм и повреждений, небезопасно для пациента.The touch monitor 17 is designed to provide input, editing and visual display of data on planning and carrying out the TMS procedure, displaying the desired menu item, and also allows the user (system operator, doctor) to clearly see the force value at the point of contact of the patient’s head and the magnetic stimulator, and transmit this value and other necessary data to the control system. A visual display of the force value allows the doctor to regulate the degree of pressure with the device on the selected area, preventing both excessive contact, which carries the risk of injury and damage to the patient, and insufficient contact, which contributes to the spread of the induction of the magnetic stimulator beyond the selected zone (point of influence), that is, a decrease in the accuracy of the effect , as well as a decrease in its effectiveness due to the fact that if the contact force of the magnetic stimulator with the patient’s head is insufficient, the peak of induction may occur at points preceding the one chosen and necessary for the restoration of functions. A decrease in the accuracy and efficiency of the procedure, as well as the risk of mechanical injury and damage, is unsafe for the patient.
Программное обеспечение управления содержит совокупность программных модулей привязки координат головы пациента к системе координат робота с помощью системы оптического трекинга 4 на основе инфракрасных маркеров, роботизированной навигации магнитного стимулятора 5 на этапе картирования и воздействия на функциональные зоны головного мозга в ручном режиме, роботизированной навигации магнитного стимулятора 5 на этапе картирования и воздействия на функциональные зоны головного мозга в автоматическом режиме, контроля усилий прилагаемых к голове пациента на этапах картирования и стимулирующего воздействия, автоматизированного планирования роботизированной процедуры ТМС головного мозга, системы управления роботассистированным устройством.The control software contains a set of software modules for linking the coordinates of the patient's head to the robot's coordinate system using an optical tracking system 4 based on infrared markers, robotic navigation of the magnetic stimulator 5 at the mapping stage and influencing the functional areas of the brain in manual mode, robotic navigation of the magnetic stimulator 5 at the stage of mapping and influencing the functional areas of the brain in automatic mode, monitoring the forces applied to the patient’s head at the stages of mapping and stimulating influence, automated planning of the robotic TMS procedure of the brain, control system for the robot-assisted device.
Система оптического трекинга 4 содержит стойку 21 системы оптического трекинга, систему измерения, usb-адаптер, оправу (на фиг. не показана), выполненную в виде очковой оправы с возможностью размещения на голове пациента, с размещенным на ней по меньшей мере одним пассивным инфракрасным маркером. Стойка 21 содержит размещенные на ней инфракрасные камеры, выполненные с возможностью регистрации положения инфракрасных маркеров, и передачи данных в виде координат по трем осям и трем углам в режиме реального времени в систему управления. Как правило на стойке размещены две инфракрасные камеры, выполненные с возможностью регистрации положения инфракрасных маркеров с точностью до 0,25мм для пирамидального объема и 0,3 мм для вытянутого пирамидального объема в режиме реального времени и передачи данных в виде координат (X, Y, Z, α, β, Ω) на управляющий компьютер.The optical tracking system 4 contains an optical tracking system stand 21, a measurement system, a USB adapter, a frame (not shown in the figure) made in the form of a spectacle frame with the possibility of being placed on the patient’s head, with at least one passive infrared marker placed on it. . The rack 21 contains infrared cameras placed on it, configured to register the position of infrared markers, and transmit data in the form of coordinates along three axes and three angles in real time to the control system. As a rule, two infrared cameras are placed on the stand, capable of recording the position of infrared markers with an accuracy of 0.25 mm for a pyramidal volume and 0.3 mm for an elongated pyramidal volume in real time and transmitting data in the form of coordinates (X, Y, Z , α, β, Ω) to the control computer.
Магнитный стимулятор 5 представляет собой любой известный магнитный стимулятор для транскраниальной магнитостимуляции, содержит ручку и рабочую часть. Рабочая часть магнитного стимулятора 5 может содержать один или два койла. Одинарные койлы, как правило, круглые, двойные койлы могут быть выполнены в форме цифры «8» или иметь форму, напоминающую крылья бабочки.Magnetic stimulator 5 is any known magnetic stimulator for transcranial magnetic stimulation, contains a handle and a working part. The working part of the magnetic stimulator 5 may contain one or two coils. Single coils are usually round, while double coils can be shaped like a number 8 or shaped like butterfly wings.
Магнитный стимулятор 5 фиксируется к схвату манипулятора 1 посредством устройства фиксации 12 за ручку магнитного стимулятора таким образом, что продольная ось, проходящая через дистальное звено манипулятора 1, совпадает с центром рабочей части стимулятора 5. Такая фиксация стимулятора обеспечивает соосное положение дистального звена манипулятора, датчика силомоментного очувствления 6DoF и индуцируемого магнитным стимулятором пика магнитной индукции при работе устройства, то есть обеспечивает распространение пика индукции магнитной стимуляции именно в области касания головы пациента с достаточным (известным из показаний сенсорного монитора) усилием, предотвращая возможность оказания воздействия на рядом расположенные области или возможность оказания воздействия на более широкие области, чем необходимо, вследствие недостаточно сильного прилегания устройства к голове пациента. Таким образом, указанные особенности фиксации магнитного стимулятора к схвату манипулятора обеспечивают возможность точного, прицельного воздействия на выбранные точки, повышая безопасности процедуры. При этом на магнитном стимуляторе установлен по меньшей мере один инфракрасный маркер. К магнитному стимулятору 5 подведен гофрированный кабель-канал для подвода кабелей питания и управления магистралью жидкостного охлаждения. Магнитный стимулятор может иметь свою систему управления 7 магнитным стимулятором 5, а может быть интегрирован в систему управления 3.The magnetic stimulator 5 is fixed to the grip of the manipulator 1 by means of a fixation device 12 by the handle of the magnetic stimulator in such a way that the longitudinal axis passing through the distal link of the manipulator 1 coincides with the center of the working part of the stimulator 5. This fixation of the stimulator ensures the coaxial position of the distal link of the manipulator, the force-torque sensor sensing 6DoF and the magnetic induction peak induced by the magnetic stimulator during operation of the device, that is, it ensures the propagation of the magnetic stimulation induction peak precisely in the area of touching the patient’s head with sufficient force (known from the touch monitor readings), preventing the possibility of influencing adjacent areas or the possibility of influencing over wider areas than necessary due to the device not being firmly attached to the patient's head. Thus, these features of fixing the magnetic stimulator to the grip of the manipulator provide the possibility of precise, targeted influence on selected points, increasing the safety of the procedure. In this case, at least one infrared marker is installed on the magnetic stimulator. A corrugated cable channel is connected to the magnetic stimulator 5 for supplying power cables and controlling the liquid cooling line. The magnetic stimulator can have its own control system 7, magnetic stimulator 5, or can be integrated into the control system 3.
Модуль безопасности 6 работы роботассистированного комплекса представляет собой программно-аппаратное решение, которое осуществляет мониторинг и предотвращение резких перемещений робота манипулятора независимо от верхнеуровневой системы управления.Safety module 6 of the robot-assisted complex is a software and hardware solution that monitors and prevents sudden movements of the robotic manipulator, regardless of the top-level control system.
Модуль безопасности включает 3-х осевой акселерометр, например, MEMS-акселерометр LIS3DHTR, который позволяет регистрировать скорости и ускорения по трем направлениям. Акселерометр расположен на дистальном звене манипулятора и выполнен с возможностью измерения ускорения дистального звена манипулятора по трем осям. При превышении измеренного акселерометром значения порогового значения происходит разрыв электрической цепи и остановка двигателя вне зависимости от заданных ранее программ управления. Это позволяет обеспечить возможность аварийной остановки работы устройства, дополнительно снижая риск нанесения пациенту травм или повреждения, то есть повышая его безопасность.The safety module includes a 3-axis accelerometer, such as the LIS3DHTR MEMS accelerometer, which allows velocities and accelerations to be recorded in three directions. The accelerometer is located on the distal link of the manipulator and is configured to measure the acceleration of the distal link of the manipulator along three axes. When the threshold value measured by the accelerometer is exceeded, the electrical circuit breaks and the engine stops, regardless of the previously set control programs. This allows the device to be stopped in an emergency, further reducing the risk of injury or damage to the patient, thereby increasing its safety.
Работа комплекса осуществляется следующим образом:The complex operates as follows:
Основные этапы проведения ТМС головного мозга для нейрореабилитации, принятые в соответствии с международными рекомендациями, включают в себя:The main stages of performing TMS of the brain for neurorehabilitation, adopted in accordance with international recommendations, include:
Этап 1 - «Подготовка пациента и оборудования к картированию»Stage 1 - “Preparing the patient and equipment for mapping”
В рамках данного этапа врач должен:As part of this stage, the doctor must:
- определить показания к применению ТМС,- determine indications for the use of TMS,
- выявить наличие или отсутствие противопоказаний,- identify the presence or absence of contraindications,
- объяснить пациенту суть процедуры и провести краткую демонстрацию проведения ТМС,- explain to the patient the essence of the procedure and conduct a brief demonstration of TMS,
- разместить пациента в кресле,- place the patient in a chair,
- включить аппарат ТМС,- turn on the TMS device,
- ввести данные пациента.- enter patient data.
Этап 2 - «Картирование»Stage 2 - "Mapping"
В рамках данного этапа врач с помощью магнитного стимулятора, работающего в режиме диагностики осуществляет поиск той точки коры головного мозга (hot-spot), которая отвечает за функцию головного мозга, утраченную пациентом в следствие заболевания.During this stage, the doctor, using a magnetic stimulator operating in diagnostic mode, searches for the point in the cerebral cortex (hot-spot) that is responsible for the brain function lost by the patient as a result of the disease.
На этом этапе врач должен:At this stage, the doctor should:
- произвести разметку анатомических ориентиров и целевой точки головы пациента по системе 10-20 с помощью шапочки, сантиметровой рулетки и маркера,- mark anatomical landmarks and the target point of the patient’s head according to the 10-20 system using a cap, a measuring tape and a marker,
- после этого приступить к этапу картирования целевой точки путем наведения центра магнитного стимулятора в место расположения целевой точки, которая была отмечена маркером на шапочке, при этом стимулятор должен быть ориентирован под 45° к сагиттальной плоскости головы пациента и обеспечивать плотное прилегание к голове пациента в точке контакта,- after this, proceed to the stage of mapping the target point by pointing the center of the magnetic stimulator to the location of the target point, which was marked with a marker on the cap, while the stimulator should be oriented at 45° to the sagittal plane of the patient’s head and ensure a tight fit to the patient’s head at the point contact,
- осуществить подачу стимула (магнитного разряда) и в момент стимула получить визуальное подтверждение от него в виде физической реакции пациента (например, в случае с потерей двигательной функции левой руки при попадании стимула в точку моторного представительства левой руки у пациента дергается запястье левой руки),- deliver a stimulus (magnetic discharge) and at the moment of the stimulus receive visual confirmation from it in the form of a physical reaction of the patient (for example, in the case of loss of motor function of the left hand, when the stimulus hits the point of motor representation of the left hand, the patient’s left wrist twitches),
- в случае если такого подтверждения нет, врач смещает стимулятор в шахматном порядке на 1,5-2,0 см и снова делает стимул и так до тех пор, пока не получит визуальное подтверждение, при этом между стимулами делаются паузы различной длительности от 1 до 5 секунд,- if there is no such confirmation, the doctor moves the stimulator in a checkerboard pattern by 1.5-2.0 cm and makes the stimulus again, and so on until he receives visual confirmation, while pauses of varying durations are made between stimuli from 1 to 5 second,
- в случае наличия визуального подтверждения врач уточняет зону картирования точки hot-spot путем смещения стимулятора с шагом 5 мм,- if there is visual confirmation, the doctor specifies the hot-spot mapping area by moving the stimulator in 5 mm increments,
- при наличии более выраженной физиологической реакции пациента врач фиксирует положение стимулятора с помощью пассивного штатива-держателя, после чего делает контрольный стимул, чтобы исключить смещение от hot-spot при манипуляциях с пассивным штативом-держателем.- if there is a more pronounced physiological reaction of the patient, the doctor fixes the position of the stimulator using a passive tripod holder, after which he makes a control stimulus to eliminate displacement from the hot-spot when manipulating the passive tripod holder.
Этап 3 - «Определение порога моторного ответа»Stage 3 - “Determination of the motor response threshold”
В рамках данного этапа врач, согласно клиническому протоколу, выставляет необходимые параметры работы магнитного стимулятора и делает 10 стимулов, которые позволяют определить уровень порога моторного ответа конкретной точки.As part of this stage, the doctor, according to the clinical protocol, sets the necessary parameters for the operation of the magnetic stimulator and makes 10 stimuli that make it possible to determine the threshold level of the motor response of a specific point.
Этап 4 - «Воздействие»Stage 4 - "Impact"
Врач устанавливает параметры для проведения ТМС головного мозга, после чего запускает работу магнитного стимулятора.The doctor sets the parameters for performing TMS of the brain, and then starts the magnetic stimulator.
На основе изложенной этапности проведения процедуры ТМС головного мозга для нейрореабилитации сформирована следующая этапность проведения ТМС с помощью роботассистированного устройства:Based on the stated stages of the TMS procedure of the brain for neurorehabilitation, the following stages of TMS using a robot-assisted device have been formed:
Этап 1 - «Подготовительный этап»,Stage 1 - “Preparatory stage”,
Этап 2 - «Планирование ТМС»,Stage 2 - “Planning TMS”,
Этап 3 - «Картирование»,Stage 3 - “Mapping”,
Этап 4 - «Определение порога моторного ответа»,Stage 4 - “Determination of the motor response threshold”,
Этап 5 - «Воздействие».Stage 5 - "Impact".
После включения устройства, проведения автоматической диагностики работоспособности оборудования и ввода данных о пациенте, врач надевает на голову пациента оправу с размещенными на ней пассивными инфракрасными маркерами. Конфигурация расположения маркеров индивидуальна, что позволяет системе оптического трекинга правильно идентифицировать наблюдаемый объект. Как только наблюдаемый объект появится в поле зрения системы оптического трекинга произойдет его регистрация и отслеживание перемещений в пространстве в режиме реального времени. Такие же пассивные маркеры или маркер с другой конфигурацией расположения закреплены на магнитном стимуляторе. Система также регистрирует и отслеживает положение магнитного стимулятора с момента его появления в поле зрения камер системы. С помощью устройства крепления магнитного стимулятора к схвату манипулятора, осуществляется жесткая привязка координат положения стимулятора к базовой системе координат робота, а, следовательно, с помощью системы оптического трекинга можно знать положение манипулятора, магнитного стимулятора и головы пациента относительно друг друга в пространстве в каждый конкретный момент времени. Таким образом осуществляется привязка координат между наблюдаемыми объектами. После этого, с помощью специального указателя, на котором тоже имеются маркеры, врач, в соответствии с международной системой 10-20, отмечает анатомические ориентиры (реперные точки) на голове пациента. Далее, на основе полученных координат реперных точек и контроля положения головы пациента в пространстве с помощью оправы, система строит трехмерную параметрическую модель головы человека в виде 3D-шаблона с размеченными ориентирами. После этого, в зависимости от вида нарушений, с которыми пришел пациент, система выполняет предварительный расчет и разметку положения искомой точки для воздействия (hot-spot). Для удобства врача и наглядной визуализации данная точка отображается на 3D-шаблоне головы. Далее, осуществляется ручная или автоматическая навигация стимулятора в расчетную точку.After turning on the device, carrying out automatic diagnostics of the equipment’s performance and entering data about the patient, the doctor places a frame with passive infrared markers placed on it on the patient’s head. The configuration of the markers is individual, which allows the optical tracking system to correctly identify the observed object. As soon as the observed object appears in the field of view of the optical tracking system, it will be registered and its movements in space will be tracked in real time. The same passive markers or a marker with a different location configuration are attached to the magnetic stimulator. The system also registers and tracks the position of the magnetic stimulator from the moment it appears in the field of view of the system cameras. Using a device for attaching the magnetic stimulator to the grip of the manipulator, the coordinates of the stimulator’s position are rigidly linked to the basic coordinate system of the robot, and, therefore, using the optical tracking system, you can know the position of the manipulator, the magnetic stimulator and the patient’s head relative to each other in space at each specific moment time. In this way, coordinates are linked between observed objects. After this, using a special pointer, which also has markers, the doctor, in accordance with the international 10-20 system, marks anatomical landmarks (reference points) on the patient’s head. Next, based on the obtained coordinates of the reference points and monitoring the position of the patient’s head in space using the frame, the system builds a three-dimensional parametric model of the human head in the form of a 3D template with marked landmarks. After this, depending on the type of disorders with which the patient came, the system performs a preliminary calculation and marks the position of the desired point for influence (hot-spot). For the convenience of the doctor and visualization, this point is displayed on a 3D head template. Next, manual or automatic navigation of the stimulator to the calculated point is carried out.
В ручном режиме навигация выполняется с помощью джойстика ручной подстройки положения манипулятора. В автоматическом режиме навигация осуществляется на основе расчетных координат точки hot-spot, где система управления формирует и выдает команды на блок управления манипулятором, который в свою очередь преобразует их в сигналы для управления приводами манипулятора, чтобы он переместил магнитный стимулятор в расчетную точку до контакта с головой пациента. Система измерения усилий позволяет однозначно и наглядно зафиксировать момент контакта магнитного стимулятора с поверхностью головы, обеспечить необходимую плотность прилегания, предотвращая как избыточный контакт, несущий риск нанесения травм и повреждений пациенту, так и недостаточный, способствующий распространению индукции магнитного стимулятора за пределы выбранной зоны, а также снижению эффективности воздействия вследствие того, что пик индукции может не совпадать с выбранной точкой воздействия при недостаточной плотности прилегания; то есть способствуя повышению безопасности процедуры. При этом, благодаря системе оптического трекинга решается еще одна важная задача - ориентация стимулятора под 45° к сагиттальной плоскости головы.In manual mode, navigation is performed using the joystick for manually adjusting the position of the manipulator. In automatic mode, navigation is carried out based on the calculated coordinates of the hot-spot point, where the control system generates and issues commands to the manipulator control unit, which in turn converts them into signals to control the manipulator drives so that it moves the magnetic stimulator to the calculated point before contacting the patient's head. The force measurement system allows you to unambiguously and clearly record the moment of contact of the magnetic stimulator with the surface of the head, ensure the necessary tightness of fit, preventing both excessive contact, which carries the risk of injury and damage to the patient, and insufficient contact, which contributes to the spread of the induction of the magnetic stimulator beyond the selected zone, as well as a decrease in the effectiveness of the impact due to the fact that the induction peak may not coincide with the selected point of impact if the seal is insufficient; that is, helping to improve the safety of the procedure. At the same time, thanks to the optical tracking system, another important task is solved - the orientation of the stimulator at 45° to the sagittal plane of the head.
В случае, если по каким-то причинам не удалось обеспечить плотность контакта или требуемый угол ориентации, система предоставляет возможность подкорректировать положение и ориентацию стимулятора врачу, чтобы удовлетворить этим требованиям. Корректировка положения производится с помощью джойстика ручной подстройки положения манипулятора, благодаря которому производится точная и плавная подстройка положения звенев манипулятора, снижающая риски возникновения механических повреждений у пациента, с оказанием дозированного давления в нужной точке на голову пациента, величина которого находится под контролем врача благодаря ее отображению на сенсорном экране. На этом этап планирования ТМС завершается, и врач переходит к этапу картирования головного мозга с целью однозначного определения местоположения расчетной точки hot-spot.If for some reason it was not possible to ensure contact density or the required orientation angle, the system provides the opportunity for the doctor to adjust the position and orientation of the stimulator to meet these requirements. The position is adjusted using the joystick for manually adjusting the position of the manipulator, thanks to which the position of the manipulator links is accurately and smoothly adjusted, reducing the risk of mechanical damage to the patient, with the application of dosed pressure at the desired point on the patient’s head, the amount of which is under the control of the doctor thanks to its display on the touch screen. At this point, the planning stage of TMS is completed, and the doctor proceeds to the stage of brain mapping in order to unambiguously determine the location of the calculated hot-spot point.
Для этого выбирается режим картирования: ручной или автоматический. Режимы отличаются между собой тем, что в первом случае все перемещения стимулятора врач осуществляет самостоятельно с помощью джойстика ручной подстройки манипулятора, а во втором случае перемещения осуществляет сам робот.To do this, select the mapping mode: manual or automatic. The modes differ in that in the first case, the doctor carries out all movements of the stimulator independently using the joystick for manual adjustment of the manipulator, and in the second case, the movements are carried out by the robot itself.
Опишем дальнейшую последовательность действий алгоритма на примере ручного режима управления. При выборе ручного режима врач производит установку параметра грубого картирования - шаг перемещения стимулятора в диапазоне от 1,5 до 2,0 см. Далее, делается первый стимул (магнитный разряд). Результат стимула или его отсутствие врач должен наблюдать визуально. На примере нарушения двигательной функции левой руки, при подаче стимула и в случае попадания в точку hot-spot у пациента дергается кисть или какой-либо палец. В случае, если на поданный стимул не было никакого физиологического отклика, врач с помощью джойстика перемещает стимулятор согласно параметру грубого картирования, выдерживает паузу от 1 до 5 секунд, после чего снова подает стимул. Так происходит до тех пор, пока он не получит физиологический отклик от пациента, что будет являться подтверждением близости нахождения стимулятора к точке hot-spot. Далее, система переводит ручной режим перемещения грубого картирования в ручной режим точного картирования с шагом перемещения 0,5 см. Таким образом, сужается зона поиска точки hot-spot, а действия повторяются. В случае если, в процессе точного картирования врач смог визуально зафиксировать характерный физиологический отклик пациента, отличающийся от предыдущего по амплитуде, он делает контрольный стимул для подтверждения попадания в точку. После этого робот переходит в режим фиксации координат найденной точки, удержания в данном положении и ориентации магнитного стимулятора для того, чтобы врач смог провести этап определения порога моторного ответа. В процессе определения порога моторного ответа, система оптического трекинга отслеживает положение головы пациента по оправе с инфракрасными маркерами и в случае какого-либо смещения головы пациента относительно первоначального положения фиксирует это и передает данные на управляющий компьютер, который в свою очередь отображает эту информацию на экране оператора. Врач корректирует положение стимулятора таким образом, чтобы обеспечить плотность прилегания стимулятора к голове, ориентацию стимулятора под углом 45° к голове и попадание в найденную точку. При этом корректировка с использованием джойстика ручной подстройки манипулятора обеспечивает точную и плавную подстройку положения звенев манипулятора, снижая риски возникновения механических повреждений у пациента, с оказанием дозированного давления в нужной точке на голову пациента, величина которого находится под контролем врача благодаря ее отображению на сенсорном экране что также снижает риски, в частности неприцельного, недостаточного или избыточного воздействия, повышая безопасность процедуры. При этом особенности фиксации магнитного стимулятора к манипулятору гарантируют, что достигнутый с использованием джойстика ручной постройки контакт с головой пациента в выбранной области с величиной давления, контролируемой по показателям на сенсорном мониторе, обеспечит прицельное, необходимое и достаточное воздействие именно на выбранную точку/область головного мозга, что также повышает безопасность процедуры для пациента. После этого врач приступает к этапу терапевтического воздействия на точку hot-spot.Let us describe the further sequence of actions of the algorithm using the example of manual control mode. When choosing the manual mode, the doctor sets the rough mapping parameter - the step of moving the stimulator in the range from 1.5 to 2.0 cm. Next, the first stimulus (magnetic discharge) is given. The doctor must observe the result of the stimulus or its absence visually. Using the example of a violation of the motor function of the left hand, when a stimulus is given and if it hits a hot-spot, the patient’s hand or finger twitches. If there was no physiological response to the given stimulus, the doctor uses a joystick to move the stimulator according to the rough mapping parameter, pause for 1 to 5 seconds, and then deliver the stimulus again. This happens until he receives a physiological response from the patient, which will confirm the proximity of the stimulator to the hot-spot. Next, the system switches the manual mode of moving coarse mapping to the manual mode of fine mapping with a movement step of 0.5 cm. Thus, the search area for the hot-spot point is narrowed, and the actions are repeated. If, during the process of precise mapping, the doctor was able to visually record the characteristic physiological response of the patient, which differs from the previous one in amplitude, he makes a control stimulus to confirm that the point has been hit. After this, the robot goes into the mode of fixing the coordinates of the found point, holding it in this position and orienting the magnetic stimulator so that the doctor can carry out the stage of determining the threshold of the motor response. In the process of determining the threshold of the motor response, the optical tracking system monitors the position of the patient’s head along the frame with infrared markers and, in the event of any displacement of the patient’s head relative to the initial position, records this and transmits the data to the control computer, which in turn displays this information on the operator’s screen . The doctor adjusts the position of the stimulator in such a way as to ensure that the stimulator fits tightly to the head, the stimulator is oriented at an angle of 45° to the head and hits the found point. At the same time, adjustment using the manual adjustment joystick of the manipulator ensures accurate and smooth adjustment of the position of the manipulator links, reducing the risk of mechanical damage to the patient, with the application of dosed pressure at the desired point on the patient’s head, the amount of which is under the control of the doctor due to its display on the touch screen, which also reduces the risks, in particular of untargeted, insufficient or excessive exposure, increasing the safety of the procedure. At the same time, the peculiarities of fixing the magnetic stimulator to the manipulator ensure that the contact achieved using a hand-built joystick with the patient’s head in the selected area with the amount of pressure controlled by indicators on the touch monitor will provide targeted, necessary and sufficient impact on the selected point/area of the brain , which also increases the safety of the procedure for the patient. After this, the doctor begins the stage of therapeutic influence on the hot-spot point.
Для терапевтического воздействия существуют различные протоколы, известные и доступные в соответствующей медицинской литературе, включающие определенные точки воздействия и определенные параметры, зависящие от вида патологии.For therapeutic effects, there are various protocols, known and available in the relevant medical literature, including certain points of influence and certain parameters depending on the type of pathology.
Технический результат - повышение безопасности проводимой процедуры транскраниальной магнитной стимуляции с использованием роботассистированного комплекса - достигается за счет совместного использования в заявленном комплексе: джойстика ручной подстройки положения манипулятора, расположенного на проксимальном конце дистального звена манипулятора, оснащенного оптико-электронной измерительной системой, преобразующей движения джойстика по шести осям в электрические сигналы, обеспечивающие движение звеньев манипулятора, позволяющего специалисту, осуществляющему процедуру, независимо от выбранного режима осуществлять точную плавную подстройку манипулятора, что в сочетании с возможностью получения сведений о параметрах силы воздействия (то есть, по существу, силы прилегания стимулятора к голове пациента) от датчика силомоментного очувствления на сенсорном экране позволяет осуществлять деликатное по силе и достаточное по степени прилегания воздействие манипулятором, к схвату которого фиксирован магнитостимулятор, при этом фиксация осуществлена таким образом, что обеспечивает распространение пика индукции магнитной стимуляции именно в области касания головы пациента с достаточным (известным из показаний сенсорного монитора) усилием, предотвращая возможность оказания воздействия на рядом расположенные области или возможность оказания воздействия на более широкие области, чем необходимо, вследствие недостаточно сильного прилегания устройства к голове пациента. Кроме того, дополнительный вклад в достижение безопасности процедуры вносит включение в состав комплекса модуля безопасности, позволяющего полностью исключить влияние верхнеуровневого софта комплекса при возникновении аварийной ситуации.The technical result - increasing the safety of the transcranial magnetic stimulation procedure using a robot-assisted complex - is achieved through the joint use in the claimed complex: a joystick for manually adjusting the position of the manipulator, located at the proximal end of the distal link of the manipulator, equipped with an optical-electronic measuring system that converts the movements of the joystick in six axes into electrical signals that provide movement of the manipulator links, allowing the specialist performing the procedure, regardless of the selected mode, to carry out precise smooth adjustment of the manipulator, which, in combination with the ability to obtain information about the parameters of the impact force (that is, essentially, the force of contact of the stimulator to the patient’s head ) from the force-torque sensing sensor on the touch screen allows you to carry out a delicate force and sufficient degree of contact with the manipulator, to the grip of which the magnetostimulator is fixed, while the fixation is carried out in such a way that ensures the spread of the peak of the induction of magnetic stimulation precisely in the area of contact with the patient’s head with sufficient ( known from the touch monitor readings) force, preventing the possibility of influencing adjacent areas or the possibility of influencing wider areas than necessary due to insufficient contact of the device to the patient's head. In addition, an additional contribution to achieving the safety of the procedure is made by the inclusion of a safety module in the complex, which makes it possible to completely eliminate the influence of the top-level software of the complex in the event of an emergency.
Для оценки профиля безопасности были проанализированы опубликованные метаданные по безопасности проведения ТМС за период 2020-2021 гг. с использованием аппаратов TMS-Cobot и комплекса роботизированного контроля и навигации, взятых в качестве аналога и прототипа предложенного изобретения. Кроме того, по предложенным в этих источниках критериям оценки было проанализировано использование заявленного комплекса в период с февраля 2022 по октябрь 2023 гг.To assess the safety profile, published metadata on the safety of TMS for the period 2020-2021 were analyzed. using TMS-Cobot devices and a complex of robotic control and navigation, taken as an analogue and prototype of the proposed invention. In addition, according to the evaluation criteria proposed in these sources, the use of the declared complex in the period from February 2022 to October 2023 was analyzed.
Стандартизированная классификация побочных эффектов в соответствии с определениями нормативных актов ЕС приведена в табл. 1.The standardized classification of side effects in accordance with the definitions of EU regulations is given in Table. 1.
Таблица 1. Стандартизированная классификация побочных эффектовTable 1. Standardized classification of side effects
Частота встречаемости побочных эффектов в процентах (%) от общего числа проведенных процедур при использовании 3 сопоставляемых комплексов приведена в табл. 2.The frequency of occurrence of side effects as a percentage (%) of the total number of procedures performed when using 3 compared complexes is given in table. 2.
Таблица 2. Частота встречаемости побочных эффектовTable 2. Incidence of side effects
Из представленной таблицы наглядно видно значительное снижение числа нежелательных побочных явлений и побочных реакций, связанных с устройством. Анализ причин, способствовавших такому снижению, позволил установить взаимосвязь снижения AE и ADR с уменьшением количества факторов, способных нести риски повреждения/возникновения нарушений у пациента в заявленном комплексе по сравнению с ранее известными. Так, в заявленном комплексе наличие самой возможности ручной подстройки положения манипулятора наряду с ее плавностью, благодаря использованию джойстика уменьшило число случаев столкновения манипулятора, несущего магнитный стимулятор, с головой пациента, соответственно уменьшив риски нанесения повреждения пациенту. Вывод сведений о силе воздействия (прижатия) к голове пациента на сенсорный экран позволило специалисту, проводящему процедуру, дозировать величину воздействия, снижая как риск повреждения, так и вероятность неприцельной стимуляции, которая также может нести риски как возникновения нежелательных явлений, так и побочных реакций. Предложенный вариант фиксации магнитного стимулятору к схвату манипулятора позволил сконцентрировать воздействие в целевой области, снижая риск нежелательных явлений при неточной стимуляции. А модуль безопасности позволил автоматически прервать процедуру при зависании программного обеспечения, в то время как идентичный случай с тмс-cobot привел к изменение алгоритма проведения процедуры, небезопасному для пациента.The table below clearly shows a significant reduction in the number of adverse events and adverse reactions associated with the device. Analysis of the reasons that contributed to this decrease made it possible to establish a relationship between the decrease in AE and ADR with a decrease in the number of factors that can carry risks of damage/disorders in the patient in the stated complex compared to previously known ones. Thus, in the claimed complex, the presence of the very possibility of manually adjusting the position of the manipulator, along with its smoothness, thanks to the use of a joystick, reduced the number of cases of collision of the manipulator carrying a magnetic stimulator with the patient’s head, accordingly reducing the risks of injury to the patient. Displaying information about the force of impact (pressure) to the patient’s head on the touch screen allowed the specialist performing the procedure to dose the amount of impact, reducing both the risk of damage and the likelihood of untargeted stimulation, which can also carry risks of both undesirable phenomena and adverse reactions. The proposed option of fixing the magnetic stimulator to the grip of the manipulator made it possible to concentrate the impact in the target area, reducing the risk of adverse events due to inaccurate stimulation. And the safety module made it possible to automatically interrupt the procedure when the software freezes, while an identical case with TMS-cobot led to a change in the procedure algorithm, which was unsafe for the patient.
Таким образом, совместное использование джойстика ручной подстройки, возможности вывода сведений о силе воздействия на сенсорный экран, особенностей фиксации манипулятора и магнитостимулятора способствует значительному уменьшению вероятности нанесения пациенту повреждений, как непосредственно в результате реализации комплексом для ТМС алгоритмов перемещения, так и в результате осуществления комплексом процедуры магнитной стимуляции. Дополнительный вклад в достижение безопасности процедуры вносит включение в состав комплекса акселерометра, выполненного с возможностью измерения ускорения дистального звена манипулятора по трем осям, и возможности остановки двигателя вне зависимости от заданных ранее программ управления, при превышении значения измеренного акселерометром порогового значения.Thus, the combined use of a manual adjustment joystick, the ability to display information about the force of influence on the touch screen, and the features of fixing the manipulator and magnetostimulator helps to significantly reduce the likelihood of injury to the patient, both directly as a result of the implementation of movement algorithms by the TMS complex, and as a result of the procedure carried out by the complex magnetic stimulation. An additional contribution to achieving the safety of the procedure is made by the inclusion in the complex of an accelerometer, made with the ability to measure the acceleration of the distal link of the manipulator along three axes, and the ability to stop the engine, regardless of previously specified control programs, if the threshold value measured by the accelerometer is exceeded.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817476C1 true RU2817476C1 (en) | 2024-04-16 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU127637U1 (en) * | 2012-10-22 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Горьковский завод аппаратуры связи им. А.С. Попова" | MAGNETOTHERAPEUTIC DEVICE WITH OPTIMAL SETUP, NODES OF EXPOSURE BY A RUNNING PULSE MAGNETIC FIELD IN ITS COMPOSITION AND IMPROVED DESIGN OF A CARRIER OF NODES OF EXPOSURE (OPTIONS) |
| CN109009438A (en) * | 2018-09-13 | 2018-12-18 | 上海逸动医学科技有限公司 | Flexible noninvasive positioning device and its operation pathway is planned in art application and system |
| CN109925055A (en) * | 2019-03-04 | 2019-06-25 | 北京和华瑞博科技有限公司 | Totally digitilized total knee replacement surgical robot system and its simulation operation method |
| CN112842536A (en) * | 2021-01-13 | 2021-05-28 | 极限人工智能有限公司 | Surgical instrument and surgical method |
| WO2023038906A1 (en) * | 2021-09-07 | 2023-03-16 | Zeta Surgical Inc. | Systems and methods for robotic surgical control and navigation |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU127637U1 (en) * | 2012-10-22 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Горьковский завод аппаратуры связи им. А.С. Попова" | MAGNETOTHERAPEUTIC DEVICE WITH OPTIMAL SETUP, NODES OF EXPOSURE BY A RUNNING PULSE MAGNETIC FIELD IN ITS COMPOSITION AND IMPROVED DESIGN OF A CARRIER OF NODES OF EXPOSURE (OPTIONS) |
| CN109009438A (en) * | 2018-09-13 | 2018-12-18 | 上海逸动医学科技有限公司 | Flexible noninvasive positioning device and its operation pathway is planned in art application and system |
| CN109925055A (en) * | 2019-03-04 | 2019-06-25 | 北京和华瑞博科技有限公司 | Totally digitilized total knee replacement surgical robot system and its simulation operation method |
| CN112842536A (en) * | 2021-01-13 | 2021-05-28 | 极限人工智能有限公司 | Surgical instrument and surgical method |
| WO2023038906A1 (en) * | 2021-09-07 | 2023-03-16 | Zeta Surgical Inc. | Systems and methods for robotic surgical control and navigation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11992188B2 (en) | Systems and methods for detecting environmental forces on an elongate device | |
| US20210153956A1 (en) | Patient introducer alignment | |
| US11857280B2 (en) | Master/slave registration and control for teleoperation | |
| US8515576B2 (en) | Surgical robot and robotic controller | |
| US11998293B2 (en) | Systems and methods for entering and exiting a teleoperational state | |
| US20170367774A1 (en) | Characterising motion constraints | |
| EP1617750A2 (en) | Surgical robot and robotic controller | |
| KR20170093200A (en) | System for robot-assisted medical treatment | |
| KR20150132145A (en) | Shape sensor systems for tracking interventional instruments and methods of use | |
| EP0845959A1 (en) | Free-hand aiming of a needle guide | |
| KR20160069180A (en) | CT-Robot Registration System for Interventional Robot | |
| US20210393349A1 (en) | Systems and methods for device verification and sensor calibration | |
| JP6550660B2 (en) | Operation teaching device and transcranial magnetic stimulation device | |
| CA2845438A1 (en) | Circuit and method for use in transcranial magnetic stimulation | |
| RU2817476C1 (en) | Transcranial magnetic stimulation system | |
| WO2016190575A1 (en) | Location instrument for intervention and needle guide type intervention robot system including same | |
| US20210030502A1 (en) | System and method for repositioning input control devices | |
| WO2014106869A1 (en) | A multiple-optical-unit spatial tracking system, to be used in neuro-surgical operations and in transcranial magnetic stimulation guided by radiological images | |
| WO2014075183A1 (en) | Circuit and method for use in transcranial magnetic stimulation | |
| EP3829826B1 (en) | Systems and methods for controlling a robotic manipulator or associated tool | |
| Poizner et al. | Towards a healthy human model of neural disorders of movement | |
| JPH069574B2 (en) | 3D body position display device |