Примена на микростепер мотор во ендоскоп

Со брзиот развој на минимално инвазивната технологија за дијагноза и третман, ендоскопијата стана неопходна алатка за дијагностицирање и третман во модерната медицина. Во процесот на еволуција на традиционалните ендоскопи кон интелигенција, прецизност и роботика,микро чекорни моторипостепено стануваат клучен актуатор за прецизна контрола на движењето на ендоскопите поради нивните основни предности како што се високопрецизно позиционирање, непречено работење при ниска брзина и компактна форма. Оваа статија ќе ги разгледа типичните сценарија за примена, техничките предности и точките на избор на микростепер мотори во ендоскопите.

Што е минијатурен чекорен мотор

Микро чекорниот мотор е вид на микро актуатор кој прецизно ги претвора електричните импулсни сигнали во аголни или линеарни поместувања. Неговиот принцип на работа е да генерира чекорно магнетно поле преку електромагнетна индукција, да го контролира аголното поместување со помош на импулсни сигнали и да постигне прецизно позиционирање во состојба на отворена јамка. Технологијата за микро чекорење може да го подели аголот на чекорот на 0,05625 °, со точност на аголот на чекорот од ± 0,05 °. Во однос на возењето, таа поддржува до 256 подредувачки драјвери, што може да постигне непречено позиционирање без вибрации. Микро чекорните мотори главно вклучуваат двофазни хибридни, петфазни и линеарни типови, при што некои производи имаат дијаметри мали од 6 mm или дури 7 mm. И покрај нивната екстремно мала големина, тие можат да постигнат стабилно позиционирање.микростепер контрола, што ги прави особено погодни за ендоскопски системи во медицинска опрема кои се многу чувствителни на просторни димензии.

Основни сценарија за примена на микростепер мотори во ендоскопи

1. Ласерско скенирање на предниот дел и оптичко снимање на ендоскоп

Ласерските скенери водени од влакна се широко користени во минимално инвазивната ендоскопска хирургија за прецизни процедури како што се инцизија, аблација и фотокоагулација. Најновите истражувања покажуваат дека компактен ласерски скенер со двоен степен на слобода управуван од микростепер мотор може да постигне високопрецизно следење на траекторијата во ограничен простор на шуплина, со просечна грешка во следењето од само 279,29 микрони, целосно задоволувајќи ги практичните потреби на минимално инвазивната ендоскопска хирургија во клиничката пракса. Уникатните карактеристики на движење чекор-по-чекор на степер моторите овозможуваат прецизна контрола на аголното поместување без потреба од надворешна повратна информација за положбата, што е исто така од клучна вредност кај микроендоскопите со страничен поглед како што се оптичката кохерентна томографија (OCT) и Рамановата спектроскопија. На пример,микро чекорни моториЛежиштата базирани на феромагнетна течност успешно се применуваат во ендоскопи за страничен микроскоп Раман, постигнувајќи брзина на ротација што е повеќе од четири пати поголема од традиционалните решенија. Покрај тоа, микростепер моторот може да го погонува и оптичкиот модул за фокусирање на предниот крај на ендоскопот за да се постигне автоматско фокусирање, осигурувајќи дека јасноста на сликата секогаш се одржува при истражување на закривени шуплини како што се дигестивниот и респираторниот тракт.

2. Трансмисија на ендоскопски цевковод и механички погон

Работата на традиционалните ендоскопи главно се потпира на рачно туркање на цевководи, што не само што бара големо лекарско искуство, туку и го зголемува оперативниот замор и медицинските ризици. Во новиот ендоскопски уред за позиционирање за гастроинтестинални лезии, микростепен мотор ги придвижува активните и пасивните тркала за да се постигне механички автоматски пренос на ендоскопските цевки. Во споредба со традиционалното рачно работење, механичкиот пренос има поголема точност и стабилност. Понатаму, степер моторите можат да се користат и за автоматско управување на ендоскопските контролни рачки, извршувајќи операции за избегнување на пречки на предниот дел преку механички канџи, со што се подобрува нивото на автоматизација на ендоскопските операции и се намалува веројатноста за медицински несреќи. Овој метод на активно управување со избегнување на пречки обезбедува сигурна основна основа за извршување на роботски асистирана ендоскопска хирургија.

3. Контрола на насоката на млазот вода на ротациониот ендоскоп

Во сценарија на примена како што е гастроинтестинално истражување, млазниците со вода може да се користат за отстранување на крв и слуз од областа на лезијата, обезбедувајќи јасно видно поле за снимање. Се користи нов тип на нискобуџетен ендоскоп со ротирачки вентил управуван од чекорен мотор. Чекорниот мотор е поврзан со јадрото на ротирачкиот вентил преку флексибилен кабел за прецизно контролирање на насоката на вбризгување на млазот со вода, овозможувајќи му да ги покрие потребите за набљудување на повеќето области, како што е поголемата закривеност на желудникот. Овој дизајн значително ја поедноставува структурата на ендоскопот и ги намалува трошоците за производство, обезбедувајќи изводливо преносливо решение за рано скрининг на рак на желудник во области со ниски приходи.

 4. Роботски ендоскоп и систем за хируршка помош

Во минимално инвазивни хируршки роботски системи,микро чекорни моторисе широко користени за заедничко управување на роботски раце и контрола на позиционирање на крајни ефектори. Нивната прецизна контрола на позицијата и можностите за брза реакција можат да обезбедат флексибилност и оперативна точност на роботот. Развојот на компактни и преносни роботски системи за минимално инвазивни системи за снимање и визуелизација на медицински робот добива сè поголемо внимание, а микростепер моторите се основните компоненти за постигнување прецизно движење во ваквите системи. За роботски асистирана ендоскопска микрохирургија, степер моторите можат да се комбинираат со електромагнетни системи за погон за да формираат хибридна архитектура на погон, постигнувајќи високопрецизна ласерска навигација и автономно следење на целта во екстремно мали радијални димензии.

Значајни предности на микростепер моторите во споредба со другите шеми на возење

Во прецизната медицинска опрема како што се ендоскопите, микростепер моторите имаат незаменливи уникатни предности во споредба со еднонасочните четкични мотори и пиезоелектричните драјвери:

Прецизно позиционирање со отворена јамка:Начекорен моторсе движи во постепени чекори, а во многу случаи, прецизна контрола на позиционирањето може да се постигне без надворешна повратна информација, избегнувајќи го зголемувањето на обемот и трошоците предизвикани од енкодерите.

Мазна работа со мала брзина:Преку технологијата за подредување, секој чекор може да се подели на до 256 микрочекори, значително намалувајќи го тресењето и бучавата за време на работа со мала брзина, што е особено важно за уреди за снимање како што се ендоскопите кои се многу чувствителни на вибрации.

Компактен изглед и можност за интеграција:На пазарот веќе постојат микростепер мотори со дијаметар од само 6 mm, кои лесно можат да се вградат во тесни простори на предниот крај на ендоскопите. Новиот интегриран завртувачки мотор со затворена јамка за контрола на чекорниот погон ги интегрира чекорниот мотор, драјверот, енкодерот и топчестиот завртка во едно, постигнувајќи точност на позиционирање од ± 0,01 mm со основа на машината од 20 mm, заштедувајќи околу 60% од просторот за инсталација. 

Висок вртежен момент на држење:Може да ја одржува заклучената положба дури и во состојба на исклучено напојување, обезбедувајќи стабилно насочување на леќата на ендоскопот за време на истражувањето.

Висока сигурност и долг век на траење:Дизајнот без четкички има значајни предности во медицинските средини кои бараат повторена дезинфекција и стерилизација.

Клучни точки за избор на микростепер мотори за ендоскопи

При развој на ендоскопски производи, при изборот на микростепер мотори треба да се земат предвид следниве основни параметри:

Димензии:Просторот на предниот крај на ендоскопот е исклучително ограничен, а микро или ултрамикро чекорен мотортреба да се изберат мотори со дијаметар од ≤ 10 mm. Серијата Nidec MSDU и другите ултра мали PM чекорни мотори се идеален избор за минијатуризација, а воедно се одржува стабилна точност на движењето преку високопрецизни процеси на производство на компоненти.

Агол на чекор и точност:Потребно е точноста на аголот на чекорот да достигне ± 0,05 ° или дури и поголема. Се препорачува да се користи агол на чекор од 1,8 ° или 0,9 ° во комбинација со погон со висок поделбен погон за да се постигне непречено и без вибрации позиционирање при мала брзина.

Карактеристики на вртежниот момент:Водоводните вентили, цевководи или ласерски скенери управувани од ендоскоп припаѓаат на сценарија со лесно оптоварување, а одржувањето на вртежниот момент генерално бара опсег од 0,01-0,05 N · m, а истовремено се внимава на мазноста на вртежниот момент при мала брзина.

Прилагодливост кон животната средина:Медицинските ендоскопи мора да издржат стерилизација со висока температура на пареа, етилен оксид или гама-зраци, а материјалот на моторот мора да има соодветна отпорност на стерилизација. Во исто време, моторот треба да ги исполнува безбедносните стандарди и барањата за електромагнетна компатибилност на медицинската електрична опрема IEC 60601.

Низок шум и ниски вибрации:Ендоскопите за снимање се исклучително чувствителни на механички шум и вибрации, а треба да се претпочитаат моторни драјвери кои поддржуваат технологија на тивко возење.

Интеграција на драјвери:Усвојувањето на интегриран дизајн за контрола на погонот може значително да ја поедностави интеграцијата на системот, да ги намали ожичувањата и надворешните компоненти и да ја подобри сигурноста на ендоскопските системи.

Идни трендови во развојот

 

Со развојот на ендоскопи кон поголема прецизност, помала големина и посилна интелигенција,микро чекорен мотортехнологијата исто така постојано се развива:

 Интеграција со затворена јамка:Кодерот и чекорниот мотор се високо интегрирани за да се постигне целосна контрола во затворена јамка, фундаментално елиминирајќи го ризикот од губење на чекорот и задоволувајќи ги барањата на хируршките роботи со точност на микрометарско ниво.

Ултра минијатуризација:Чекорните мотори со дијаметар од 6 mm или помалку ќе се користат сè повеќе во најсовремени области како што се капсулната ендоскопија и природната ендоскопска хирургија (NOTES).

Фузија на вештачка интелигенција:Системите за снимање управувани од вештачка интелигенција се интегрираат во ендоскопската хирургија, а прецизната контрола на позицијата на чекорните мотори ќе биде длабоко интегрирана со анализа на слики во реално време за да се постигне автономно следење на лезиите и интелигентна навигација. 

Евтина за еднократна употреба:Со цел да се намали ризикот од вкрстена инфекција, некои ендоскопи се префрлаат кон дизајни за еднократна употреба, кои бараат микростепер мотори за значително намалување на трошоците, а воедно и одржување на перформансите и задоволување на сценарија за еднократна употреба по прифатлива цена.

Заклучок

Иакомикро степерМоторите се мали по големина, тие играат незаменлива и клучна улога во современите ендоскопски системи - од ласерско скенирање, оптичко фокусирање, пренос преку цевководи до роботски асистирана хирургија. Микро чекорните мотори поставија солидна основа за прецизност, автоматизација и интелигенција на ендоскопите во контролата на движењето. Со континуираното проширување на глобалниот минимално инвазивен медицински пазар, побарувачката за микро чекорни мотори за ендоскопи постојано ќе се зголемува, обезбедувајќи континуиран извор на енергија за иновации во медицинската опрема.

За инженерите ангажирани во истражување и развој на ендоскопи или минимално инвазивни хируршки инструменти, длабокото разбирање на методите за избор и точките на интеграција на микростепер моторите ќе помогне во дизајнирањето на ендоскопски производи со поголема прецизност, помал волумен и посигурни, како и во искористувањето на можноста во иновациите во медицинската технологија.