Marco S3Dtáctico disponible y gratuito en formato sólido (STL) desde Thingiverse
El objetivo del mecanismo es poder posicionar el punto final sobre un punto de interés en el espacio, haciendo pasar su recta de acción R por un punto específico en el cráneo del paciente. Esto lo logra a través de sus movimientos θ1, a2, θ3, α4 y d5.
Se generaron las geometrías capaces de funcionar como cuplas de rotación y prismáticas.
Se buscó una geometría ergonómica para la base, capaz de adaptarse a distintas formas y tamaños de cráneo.
Se incorporaron marcas de referencia y piezas auxiliares para completar el primer diseño.
Se detectó un reducido campo de visibilidad y debilidad en la pieza columna.
Se amplió el campo de visibilidad y se rediseñó la columna para mayor robustez, agregando una rosca para permitir un avance controlado.
Debido a la fragilidad de la rosca de avance, se realizó un estudio de Método de los Elementos Finitos para ayudar su rediseño.
Se utilizó la Convención de Denavit-Hartenberg para escribir un software de control, que calcule la posición final a partir de las relativas de cada articulación.
Se alcanzó satisfactoriamente un tercer diseño, robusto, con visibilidad y avance controlado.
La impresión de este prototipo tardó 72hs, siendo 14 piezas y la más grande de ellas tardando 8hs en completarse.
Se realizó un ensayo de precisión, obteniendo como resultado un 25% de confianza para 1mm de tolerancia y 99% para 3mm.
Diseño de marco estereotáxico local y descartable realizado por procesos de fabricación aditiva
A través de agujeros en sus patas ergonómicas, la base está diseñada para ajustarse a un cráneo (o a cualquier superficie convexa) a través de tornillos autoperforantes. De esta manera, queda estático y definido el punto de empotramiento del dispositivo.
La primera rotación, θ1, alrededor del eje I perpendicular a la base, solidarizada al cráneo. Esta pieza puede rotar 360º con respecto a la base.
El segundo movimiento, a2, es de traslación sobre un eje perpendicular al eje I.
El objetivo de los 2 primeros movimientos es posicionar el centro de rotación de los siguientes movimientos, de esta manera, la recta de acción R siempre pasará por esta posición.
El tercer y cuarto movimiento, θ3 y α4 respectivamente, posicionan la recta de acción R de manera que pase por el punto objetivo.
El último movimiento, controlado por un tornillo de avance, permite la penetración, sobre la recta de acción, del instrumental elegido, hasta alcanzar el punto de interés.
Todas las articulaciones del mecanismo cuentan con un sistema de escala de Vernier que permite ajustar con precisión cada movimiento. El sistema, similar al que poseen los calibres de pie de rey, permite aumentar la exactitud de cada medición comparando una escala contra otra.
Para posicionar un movimiento en una posición deseada, un programa calcula qué marca de la escala debe coincidir con qué marca de la contraescala. Una vez posicionadas, para garantizar la correcta ubicación y evitar movimientos posteriores, las piezas deben apretarse contra sus complementarias a través de tornillos de ajuste.
La exactitud teórica del instrumento en su conjunto es de 0,67mm. En pruebas experimentales, el prototipo construido presentó un intervalo de confianza del 27% para tolerancia de 1mm, y un 99% de confianza para una tolerancia de 3mm. Es decir, se estima que en el 99% de los casos el instrumental alcanzará una posición a menos de 3mm de distancia del punto de interés.
