Precise Hybrid-Actuation Robotic Fiber for Enhanced Cervical Disease Treatment

要約

主に生殖年齢の女性が罹患する高度前がん性子宮頸部病変および早期がんの治療には、妊孕性温存治療法が含まれることがよくあります。
子宮頸部前がんに対して一般的に使用されている局所治療では、切除の精度と深さに応じて、がん断端が残存し、その後の合併症を引き起こすリスクが示されています。
健康な子宮頸部組織を保存しながら疾患を注意深く切除できる術中装置があれば、こうした治療が強化される可能性がある。
この研究では、拡張性の高いファイバー描画技術を使用して製造された、長さ 150 mm、直径 1.7 mm のポリマーベースのロボットファイバーを開発しました。
このロボット ファイバーは、電熱と腱駆動の作動機構を組み合わせたハイブリッド作動機構を利用しており、100 {\μ}m 未満の動作精度で原点から 46 mm の最大動作範囲を可能にします。
また、事前定義された経路制御や遠隔操作など、このロボットファイバーの作動方法の制御アルゴリズムも開発しました。これにより、ファイバー先端を目標領域まで大まかに位置決めし、その後に正確にスキャンすることが可能になります。
外科用レーザー ファイバーとロボット ファイバーを組み合わせることで、高精度の外科的アブレーションが可能になります。
さらに、子宮頸部ファントムを使用した実験を実施し、高精度スキャンにアクセスして実行するロボットファイバーの能力を実証し、子宮頸部疾患の治療と腫瘍学的転帰の改善におけるロボットファイバーの可能性を強調しました。

要約(オリジナル)

Treatment for high-grade precancerous cervical lesions and early-stage cancers, mainly affecting women of reproductive age, often involves fertility-sparing treatment methods. Commonly used local treatments for cervical precancers have shown the risk of leaving a positive cancer margin and engendering subsequent complications according to the precision and depth of excision. An intra-operative device that allows the careful excision of the disease while conserving healthy cervical tissue would potentially enhance such treatment. In this study, we developed a polymer-based robotic fiber measuring 150 mm in length and 1.7 mm in diameter, fabricated using a highly scalable fiber drawing technique. This robotic fiber utilizes a hybrid actuation mechanism, combining electrothermal and tendon-driven actuation mechanisms, thus enabling a maximum motion range of 46 mm from its origin with a sub-100 {\mu}m motion precision. We also developed control algorithms for the actuation methods of this robotic fiber, including predefined path control and telemanipulation, enabling coarse positioning of the fiber tip to the target area followed by a precise scan. The combination of a surgical laser fiber with the robotic fiber allows for high-precision surgical ablation. Additionally, we conducted experiments using a cervical phantom that demonstrated the robotic fiber’s ability to access and perform high-precision scans, highlighting its potential for cervical disease treatments and improvement of oncological outcomes.

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