Концепция устройства шлифования торца оптического волокна лазера для применения роботов в медицине

При проведении медицинских операций с использованием оптического волокна принципиальное значение имеет его наконечник, особенно при контактной обработке. Так как в процессе работы на оптическое волокно может налипать обрабатываемый материал (ткань), происходить обгорание торца и образование сколов, повторное применение волокна становится невозможным без предварительной подготовки. В связи с этим разработан экспериментальный стенд для шлифования торца оптического волокна с возможностью измерения усилия прижатия к шлифовальной пленке. По результатам экспериментального исследования на стенде с оптическим волокном диаметром 400 мм установлено, что превышение усилия прижатия 700 мН приводит к облому волокна и большому расходу шлифовальной пленки. Показано, что радиус полусферы на торце оптического волокна обратно пропорционален длине его выдвижения из держателя, а количество удаленного материала в процессе шлифования прямо пропорционально усилию прижатия к шлифовальной пленке.
EDN: SLFTAW, https://elibrary/slftaw

Литература

[1] Умнов В.П. Взаимосвязь компонентов и структурная модель манипулятора оптики лазер-робота. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2011, № 3, с. 79–81.

[2] Шалюхин К.А., Левин С.В., Скворцов С.А. Разработка эндоскопического захвата для сшивания тканей при лапароскопических операциях. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2024, № 7, с. 40–45. EDN: VJQZMP

[3] Ганиев Р.Ф., Глазунов В.А., Глушков П.С. и др. Разработка новых инструментов для эндоскопических хирургических операций. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2023, № 3, с. 70–77, doi: https://doi.org/10.31857/S0235711923030057

[4] Велиев Е.И., Ганиев Р.Ф., Глазунов В.А. и др. Ассистирующие роботохирургические комплексы для малоинвазивных операций. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2022, № 3, с. 83–94.

[5] Янушевич О.О., Базикян Э.А., Чунихин А.А. и др. Роботизированный мультифункциональный лазерный хирургический комплекс. Патент РФ 2693216. Заявл. 24.05.2018, опубл. 01.07.2019.

[6] Chunikhin A.A., Bazikyan E.A., Poduraev Y.A. et al. Comparative experimental assessment of the accuracy of nanosecond laser surgery of the oral cavity when the instrument is moved by a robotic complex and a surgeon. Russ. Open Med. J., 2019, vol. 8, no. 3, art. e0307, doi: http://dx.doi.org/10.15275/rusomj.2019.0307

[7] Vorotnikov A.A., Buinov M.A., Bushuev S.V. et al. Standard deviation from the average cutting velocity as a criterion for comparing robot trajectories and manual movements of a doctor for performing surgical operations in maxillofacial surgery. IJMERR, 2018, vol. 7, no. 3, pp. 319–323, doi: https://doi.org/10.18178/ijmerr.7.3.319-323

[8] Vorotnikov A.A., Klimov D.D., Melnichenko E.A. et al. Criteria for comparison of robot movement trajectories and manual movements of a doctor for performing maxillofacial surgeries. IJMERR, 2018, vol. 7, no. 4, pp. 361–366, doi: https://doi.org/10.18178/ijmerr.7.4.361-366

[9] Чунихин А.А., Подураев Ю.А., Воротников А.А. et al. Efficiency assessment of nanosecond laser robotic maxillofacial area surgery in experiment. Современные технологии в медицине, 2017, т. 9, № 4, с. 123–128, doi: https://doi.org/10.17691/stm2017.9.4.15

[10] Chunikhin A.A., Poduraev Yu.V., Vorotnikov A.A. et al. Cutting velocity accuracy as a criterion for comparing robot trajectories and manual movements for medical industry. Mech. Ind., 2017, vol. 18, no. 7, art. 712, doi: https://doi.org/10.1051/meca/2017047

[11] Meleshnikov A.M., Vorotnikov A.A., Klimov D.D. et al. Prototype probe determining waveguide–Gum contact for a robot surgical system. Russ. Engin. Res., 2020, vol. 40, no. 6, pp. 86–88, doi: https://doi.org/10.3103/S1068798X20010141

[12] Шахно Е.А. Физические основы применения лазеров в медицине. Санкт-Петербург, НИУ ИТМО, 2012. 129 с.

[13] Беликов А.В. Оптотермические волоконные конвертеры для лазерной медицины. Санкт-Петербург, Университет ИТМО, 2020. 80 с.

[14] Карпищенко С.А. Контактная лазерная фонохирургия. Автореф. дисс. ... док. мед. наук. Санкт-Петербург, ПСПбГМУ, 2004. 56 с.

[15] Хотим О.А., Аносов В.С., Сычевский Л.З. Использование лазера в медицине, возможности применения лазерного излучения в травматологии и ортопедии. Журнал Гродненского государственного медицинского университета, 2018, т. 16, № 6, с. 654–660, doi: https://doi.org/10.25298/2221-8785-2018-16-6-654-660

[16] Haddad M., Emiliani E., Rouchausse Y. et al. Impact of laser fiber tip cleavage on power output for ureteroscopy and stone treatment. World J. Urol., 2017, vol. 35, no. 11, pp. 1765–1770, doi: https://doi.org/10.1007/s00345-017-2053-1

[17] Smirnov D.B., Vorotnikov A.A., Melnichenko E.A. et al. Optical feedback evaluation of surgical laser for medical robotic applications. Proc. SPIE, 2022, vol. 12170, pp. 200–211, doi: https://doi.org/10.1117/12.2622983

[18] Ван Ц., Ху Г., Пепин Р.П. Устройство и способ для полировки волоконно-оптического коннектора. Патент РФ 2014139566. Заявл. 27.04.2012, опубл. 20.06.2016.

[19] Hsieh L.C., Chen T.H. The systematic design of planetary-type grinding devices for optical fiber ferrules and wafers. T. Can. Soc. Mech. Eng., 2016, vol. 40, no. 4, pp. 619–630, doi: https://doi.org/10.1139/tcsme-2016-0049

[20] Воротников А.А., Подураев Ю.В., Ромаш Е.В. Оценка погрешности определения центров вращения звеньев кинематической цепи для методики калибровки промышленных роботов. Измерительная техника, 2015, № 8, с. 23–28.

[21] Vorotnikov A., Romash E., Isaev A. et al. Uncertainty estimation of axes direction determination of industrial robot using an ellipsoid concentration model. Proc. 27th DAAAM International Symposium, 2016, pp. 0480–0486, doi: http://dx.doi.org/10.2507/27th.daaam.proceedings.072

[22] Vorotnikov A., Bashevskaya O., Ilyukhin Y. et al. Geometrical approach for industrial robot axis calibration using laser tracker. Proc. 26th DAAAM Int. Symposium, 2015, vol. 26, no. 1, pp. 0897–0904, doi: https://doi.org/10.2507/26th.daaam.proceedings.125