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A Review of Pneumatic Actuators Used for the Design of Medical Simulators and Medical Tools

Authors :
Pierre Vieyres
Minh Tu Pham
Arnaud Lelevé
Laurence Nouaille
Richard Moreau
Cyril Novales
Thibault Senac
Ampère, Département Méthodes pour l'Ingénierie des Systèmes (MIS)
Ampère (AMPERE)
École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Laboratoire pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (PRISME)
Université d'Orléans (UO)-Institut National des Sciences Appliquées - Centre Val de Loire (INSA CVL)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes, Mécanique et Energétique (PRISME)
Université d'Orléans (UO)-Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Bourges (ENSI Bourges)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-École Centrale de Lyon (ECL)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Bourges (ENSI Bourges)-Université d'Orléans (UO)
Source :
Multimodal Technologies and Interaction, Vol 3, Iss 3, p 47 (2019), Multimodal Technologies and Interaction, Multimodal Technologies and Interaction, MDPI, 2019, Special Issue Haptics for Human Augmentation, 3 (3), ⟨10.3390/mti3030047⟩, Volume 3, Issue 3
Publication Year :
2019
Publisher :
MDPI AG, 2019.

Abstract

Simulators have been traditionally used for centuries during medical gestures training. Nowadays, mechatronic technologies have opened the way to more evolved solutions enabling objective assessment and dedicated pedagogic scenarios. Trainees can now practice in virtual environments representing various kind of patient and body parts including physio-pathologies issues. Gestures, to be mastered, vary according to each medical specialty (e.g., ultrasound probe orientations, or forceps installation during assisted delivery). Hence, medical students need kinesthetic feedback in order to significantly improve their learning capabilities. Gesture simulators require haptic devices with variable stiffness actuators. Existing solutions do not always fit the requirements because of their significant size. Contrary to electric actuators, pneumatic technology is low-cost, available off-the-shelf and offers a better mass&ndash<br />power ratio. However, it presents two main drawbacks: nonlinear dynamics and need for a compressed air supply. During the last decade, we have developed several haptic solutions based on pneumatic actuation (e.g., birth simulator, epidural needle insertion simulator) and, recently, in a joint venture with Prisme laboratory, a pneumatic probe master device for remote ultrasonography. This paper recalls literature scientific approaches on pneumatic actuation developed in the medical context and illustrated with the aforementioned applications to highlight the benefits.

Details

Language :
English
ISSN :
24144088
Volume :
3
Issue :
3
Database :
OpenAIRE
Journal :
Multimodal Technologies and Interaction
Accession number :
edsair.doi.dedup.....191a6baa37134a88cd004950f8e271f2
Full Text :
https://doi.org/10.3390/mti3030047⟩