Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Om bij een totale knie arthroplastie een correcte beweging van het kniegewricht en een lange levensduur van de prothese te verkrijgen, is een nauwkeurige positie en oriëntatie van de prothese vereist. Bovendien moet bij een niet-gecementeerde prothese het snijvlak zeer vlak zijn, om de botingroei mogelijk te maken die nodig is voor de fixatie op lange termijn. De huidige commercieel beschikbare robotsystemen voor totale knie arthroplastie verhogen de nauwkeurigheid van de interventie wel, maar hebben nog twee grote beperkingen. Ten eerste zijn de meeste van deze systemen actieve systemen, waarbij de rol van de chirurg beperkt is tot supervisie. Ten tweede is de meest gebruikte registratie-methode gebaseerd op het gebruik van preoperatief te plaatsen markers, wat een extra operatie vereist. Dit werk stelt vernieuwende technieken en procedures voor die een oplossing bieden voor deze nadelen. De technieken en procedures zijn uitgewerkt voor de tibia, vermits de meeste problemen bij totale knie arthroplastie daarmee gerelateerd zijn. Dit werk beschrijft de ontwikkeling en implementatie van een semi-actief robot systeem, gebaseerd op het gebruik van hybride kracht/snelheidscontrole. Hierbij bepaalt de chirurg de snelheid van de roboteindeffector door een kracht uit te oefenen op een handvat aan de robot, terwijl de robot de beweging beperkt tot het op voorhand gedefinieerde plan. Op deze manier houdt de chirurg de operatie onder controle en kan hij snel handelen indien nodig. Het robotsysteem is zo als het ware een chirurgisch instrument, dat de nauwkeurigheid van een frezende robot combineert met de ervaring van de chirurg. Freestesten uitgevoerd in laboratoriumomstandigheden tonen aan dat de frees-nauwkeurigheid van dit semi-actief systeem van dezelfde grootteorde is als dat van een actief systeem, en dat de verkregen vlakheid groter is dan bij de conventionele interventie. Ook tonen testen aan dat door de keuze van de freesparameters de temperatuur van het gefreesde bot binnen toegelaten grenzen kan blijven. Dit werk stelt twee alternatieve registratiemethoden voor die geen gebruik maken van markers, namelijk registratie met behulp van een intramedullaire pin en registratie gebaseerd op oppervlaktematching. Nauwkeurigheidstests en simulaties zijn uitgevoerd. Verder toont dit werk ook aan dat de freeskrachten een voorspellende waarde hebben voor de locale botkwaliteit. Hierdoor kan de chirurg zijn keuze van implantaattype, fixatietechniek en hoeveelheid bot die hij maximaal wil verwijderen, baseren op informatie uit de freeskrachten. A prerequisite for a successful total knee arthroplasty is a high accuracy of the position and orientation of the prosthesis, to obtain proper joint kinematics and a long lifetime of the prosthesis. Moreover, in case of a cementless fixation technique, a high surface flatness is essential for bone ingrowth and long-term fixation of the prosthesis. Current commercial robot systems for total knee arthroplasty improve the accuracy of the intervention but they have two major restrictions. First, most of them are active robot systems, limiting the role of the surgeon to supervision. Second, the prevalent registration method is based on the use of pre-operatively placed markers, implying an extra operation. This work proposes innovative techniques and procedures to overcome the aforementioned drawbacks. The preparation of the tibia is taken as a case study, because most problems in total knee arthroplasty are related to the tibial component. A semi-active robot system, using hybrid force/velocity control, is developed and implemented. In this system, the velocity of the end effector is proportional with the force that the surgeon exerts on a handle attached to the robot, while the robot constrains the motion to the predefined plan. In this way, the surgeon remains in charge of the intervention and can react swiftly to unexpected intra-operative events. Milling experiments in laboratory circumstances showed that the accuracy of a semi-actively milling robot is in the same order of magnitude as the accuracy of an autonomously milling robot, and that the surface flatness increases with respect to conventional surgery. Moreover, the temperature rise of the bone can be limited by constraining the milling parameters. With hybridforce/velocity control, the robot-system becomes a surgical tool, combining the accuracy of a milling robot, with the experience of the surgeon. To avoid the use of pre-operative markers, two registration methods for the tibia are developed: registration using an intramedullary rod and registration using surface matching. Accuracy tests and simulations show that these methods are an appropriate alternative to the registration method based on markers. This work shows further that the milling force has a predictive value for the bone mineral density. Therefore, the surgeon can use information from the milling forces to decide upon the maximal allowable removal of tibial bone, and to decide upon the choice of implant type or fixation technique. Robotondersteuning bij totale knie arthroplastie: procedure, registratie en schatting van lokale botkwaliteit. Totale knie arthroplastie (TKA) of vervanging van de gewrichtsoppervlakken van de knie door een prothese is de voornaamste behandeling voor mensen met ernstige kniegewrichtproblemen. Voor een lange levensduur van de prothese is het bij een TKA belangrijk dat de prothese nauwkeurig geplaatst wordt, zowel wat betreft de positie als de oriëntatie. Bovendien moet het snijvlak dat op het bot aangebracht wordt, zeer vlak zijn. Dit is vooral van belang bij een niet-gecementeerde prothese, omdat daarbij de fixatie op langere termijn afhangt van botingroei in het protheseoppervlak, en dat is enkel mogelijk bij een vlak snijvlak. Doordat robots de eigenschap hebben zeer nauwkeurig een vooraf gedefinieerde baan te volgen, werden robotsystemen ontwikkeld voor de orthopedische chirurgie. Momenteel zijn enkele robotsystemen op commerciële basis beschikbaar voor TKA. Deze robotsystemen verhogen de nauwkeurigheid van de interventie wel, maar hebben nog twee grote beperkingen. Ten eerste werken de meeste van deze systemen autonoom, waarbij de rol van de chirurg beperkt is tot supervisie. Ten tweede vereisen deze systemen een extra operatie, voorafgaand aan de eigenlijke ingreep. Dit werk stelt vernieuwende technieken en procedures voor om deze nadelen te verhelpen. Omdat de meeste problemen bij TKA gerelateerd zijn met het scheenbeen (de tibia), zijn deze technieken en procedures uitgewerkt voor de tibia. Het eerste gedeelte van dit werk stelt een semi-actief robotsysteem voor. Hierbij bepaalt de chirurg de snelheid van de roboteindeffector door een kracht uit te oefenen op een handvat aan de robot, terwijl de robot de beweging beperkt tot het op voorhand gedefinieerde vlak. Op deze manier houdt de chirurg de operatie volledig onder controle en kan hij snel handelen indien nodig.Dit type robotsysteem is als het ware een chirurgisch instrument, dat de nauwkeurigheid van een frezende robot combineert met de ervaring van de chirurg. Dit robotsysteem is gebaseerd op het gebruik van de 'hybride kracht/snelheidscontrole'. Freestesten uitgevoerd in laboratoriumomstandigheden tonen aan dat de nauwkeurigheid van dit semi-actief systeem van dezelfde grootteorde is als dat van een autonoom werkend robotsysteem, en dat de verkregen vlakheid groter is dan bij de conventionele interventie. Ook toont dit werk aan dat door een goede keuze van de freesparameters de temperatuur van het gefreesde bot binnen toegelaten grenzen blijft. Het tweede gedeelte van dit werk gaat op zoek naar alternatieven die de extraoperatie vermijden. Deze extra operatie is nodig wanneer de registratie (dit is het zoeken van het bot in de robotruimte) gebaseerd is op het gebruik van markers. Dit werk stelt twee toepasbare alternatieve registratiemethoden voor die geen gebruik maken van markers, namelijk registratie met behulp van een intramedullaire pin en registratie gebaseerd op oppervlaktematching. Nauwkeurigheidstests en simulaties zijn eveneens uitgevoerd. Het derde gedeelte van dit werk bekijkt specifiek de krachten die optreden bij het bewerken van het bot (frezen). Deze freeskrachten blijken een voorspellende waarde te hebben voor de lokale botkwaliteit. De informatie uit de freeskrachten, die tijdens de operatie aan de chirurg aangeboden wordt, kan de chirurg helpen in zijn keuze van implantaattype, fixatietechniek en hoeveelheid bot die hij maximaal wil verwijderen.

Academic collection --- 681.3*I29 <043> --- Robotics: manipulators; propelling mechanisms; sensors (Artificial intelli- gence)--Dissertaties --- Theses --- 681.3*I29 <043> Robotics: manipulators; propelling mechanisms; sensors (Artificial intelli- gence)--Dissertaties

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

This thesis explores the feasibility of developing and producing a 3D-printed functional transradial prosthesis in developing countries, with the focus on Kenya. The research, done in collaboration with Ugani Prosthetics and the master’s program Innovative Health Technologies of the KU Leuven, addresses the challenges and potentials discovered while looking for a way to integrate 3D-printing in order to create affordable upper limb prosthetics. Despite the functional and infrastructural challenges, the research gives a clear view on the importance of iterative prototyping and feedback of the potential user. It creates a cultural lens in order to better understand the needs of this part of the world and gives insights into the technical, economic and social factors influencing prosthetic development in these constrained settings. The research lays the groundwork for future advancements and highlights the need for these types of medical innovations.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Total Hip Arthroplasty is a common surgery for replacing impaired hip joints. One of the important steps in the procedure is to hammer the acetabular cup so that it is fixed in the pelvis. However, the depth of hammering is decided by the surgeon based on his or her experience. The fixation is crucial for evaluating the surgery: the pelvis might be fractured in case of too much hammering, this causes secondary injuring to the patient; if the fixation is insufficient, the acetabular cup could not be fixed properly. The research of the thesis is in the framework of finding this appropriate endpoint of insertion based on acoustic technology and will contain the evaluation of this new technique on foam block and animal bone models. By exciting the system, the generated sounds will be recorded. By using Fast Fourier Transform (FFT), the sound signals in time domain are transferred to the frequency domain. The resonance frequencies can be extracted. By observing the shift tendency of resonance frequencies. The end point of insertion will be determined. The experiments are conducted on six foam blocks and two bovine blocks. For the foam blocks, there are in total two sensitive resonance frequencies, the second one which varies from 1400 Hz to 2400 Hz turns out to be the most sensitive and the clearest, it can be used as the criterion to stop the insertion. For bovine blocks, the experiments are conducted on both one dried block without marrow and one moisturized block with marrow, the result on moisturized block with marrow is more clear than the result on dried one without marrow. This is a decent result since moisturized bovine block with marrow is closer to intra-operative situation. Both results on foam and bovine blocks indicate that the feature of resonance frequencies can be used as a criterion to stop the insertion, if resonance frequency stops around certain frequency for two or three times, this indicates the end of the insertion has been reached. However, the experiments have not been performed on in vivo situation, this could be done in the future work.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Het doel van deze thesis bestaat erin een hydraulisch alternatief te onderzoeken voor op dit moment bestaande pneumatische McKibben spieren en meer bepaald hun toepassingsmogelijkheden in chirurgische instrumenten te exploreren. Hydraulische spieren werden gebouwd, gekarakteriseerd en vergeleken met pneumatische versies die op dezelfde manier gemaakt werden. Een experimentele opstelling werd gebouwd die beoogt onder zo identiek mogelijke omstandigheden vergelijkende testen uit te voeren. De opstelling laat toe de verbanden tussen drie karakteristieke parameters te onderzoeken: kracht, druk en lengteverandering. Deze zullen resulteren in de volgende karakteristieken: kracht in functie van lengteverandering, lengteverandering in Naast grafische vergelijking van de desbetreffende karakteristieken werden mathematische modellen opgesteld die vergelijking van de overeenkomstige modelparameters toelaten. Het dynamische gedrag van de actuatiemetho berekend en vergeleken. De resultaten gaven weer dat hydraulische spieren vergelijkbare karakteristieken hebben waarbij de hydraulische versies meestal een betere herhaalbaarheid tonen. Tot slot werden een aantal prak verder onderzoek geschetst.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

This thesis explores avenues by which the incidence of fractures and loosely fitted femoral prostheses can be reduced in primary uncemented total hip arthroplasty. The impacts that insert the implant are used as excitation for vibrational analysis to simultaneously insert the implant and monitor the fixation. In addition we compare the quality of the insertion using either a hammer or the Woodpecker tool. Measurements are performed on a sawbone orthopaedic model. A fixation sensitive feature was found in the fractional bandpower in the 0 Hz to 1 kHz range. The fractional bandpower declines significantly to a value of less than 0.2 as fixation improves. The Woodpecker is shown to be unable to insert the implant to the same depth as the hammer.