3D打印：与放射疗法兼容的机器人系统

来源：中国3D打印网

研究人员在《用于头颈癌治疗的多标记定位的兼容放射疗法的机器人系统》中讨论了应对放射中对柔韧性颈部保护的挑战。疗法并探索机器人的陪伴，以帮助提高定位。为了防止颈部柔韧性导致治疗过程中出现问题，医学专家经常使用被动式固定罩以防止运动并以此定位。研究人员指出：随着时间的推移，这种固定罩在沿颈椎的远距离界标之间仍然具有3–5mm的误差范围。通过将头部与身体其他部位独立定位，可以在头部和颈部治疗中实现精确的定位。“目前，这些机械系统尚未引入常规临床实践中。
到目前为止，还没有其他系统与放射疗法兼容，因此，作者可以自行解决问题，并开发出适用于放射疗法的机器人系统。研究人员说：“在这个新系统中，所有与放射治疗不兼容的组件都被布置在辐射场之外很远的地方，通过一种新颖的塑料齿轮箱放置在辐射等角点下方40μcm处，从而减少了线性加速器机架间隙问题。由于从步进电机到端部执行器的直接动力传递到间接动力传递的过渡，引入了一种主要是塑性的辅助位置反馈来辅助导航。”
   
该系统已通过衰减测量以及射线照相成像验证。在设计机器人系统时，研究人员决心使结构尽可能小，但仍能够提供必要的运动范围。研究人员将金属马达置于患者之间。

完全兼容放射疗法的机器人系统。 （a）机器人系统上的骨骼模型的照片，该模型已添加到现有的头颈癌治疗床中。 （b）机器人系统的示意图，包括头/颈部塑料控制器，塑料齿轮箱和低摩擦线，以及位于辐射场之外的步进电机。

他们3D打印了几乎所有组件，包括：

• 齿轮箱
• 末端执行器组件
• 外壳
• 安装架
  

研究人员表示，两台3D打印机能够以出色的方式制造此类零件：Formlabs Form 2打印机和Objet Eden 260VS。使用的材料包括ABS和使用其他3D打印机时的PLA。此外，头/颈部控制器的顶板需要通过加工碳纤维增强的塑料来制造，该塑料可以握住病人的头部，从而需要更高的强度。研究人员包括从1.1到5.2mm的15条不同位移的路径。

绝对定位误差分析。 （a）测得的绝对平移误差（mm）精度为0.7±0.3 mm。 （b）偏航，横摇和俯仰的绝对旋转误差，显示所有低于3°的精度。

“该系统能够在临床可接受的空间限制下以亚毫米级的精度定位患者的头部。研究人员总结说：“计算得出的系统中材料的衰减具有比参考材料（骨组织）低的HU值，这可以通过一组没有可见伪像的射线照相图像进行验证。具有骨骼模型的定位精度的结果决定了设备的精度为0.7±0.3 mm。此外，CBCT成像和后期校正研究验证了当头部和身体分别放置时，该系统用于对齐各个区域的功能。未来的工作将集中于头颈癌患者的放射治疗应用。

CBCT图像的无独立校正与机器人系统辅助校正的比较。 （a，c，e）CBCT图像，分别没有对C2，C4和T1进行独立校正。 （b，d，f）分别由机器人系统分别针对C2，C4和T1校正的CBCT图像。 （g）骨架图中C2，C4和T1的感兴趣区域。

从可编程系统到传感器技术，甚至在家具设计等行业的制造中，3D打印和机器人技术在许多情况下实际上是齐头并进的。