شناسايي برخط مدل تعامل تيغ جراحي با بافت نرم به كمك بازخورد نيرو و تصوير در روش‌هاي مداخله‌اي به كمك ربات

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

برش بافت به‌عنوان يكي از مهارت‌هاي اساسي در جراحي، به‌طور مستقيم بر نتيجه‌ي جراحي و بهبودي پس از عمل بيماران تأثير مي‌گذارد. برش خودكار با كمك ربات، مي‌تواند تاثير خستگي جراح را در مراحل طولاني كم اثر نمايد، عمليات پرتكرار را با دقت بالا كامل كند و كارايي كلي جراحي را بهبود بخشد. اين مهم، در مسائل مربوط به دورا-پزشكي و به‌خصوص جراحي‌هاي از راه دور، اهميت دوچندان پيدا مي‌كند. در جراحي‌هاي واقعي، بافت‌هايي كه قرار است برش داده شوند را مي‌توان به دو گروه تقسيم كرد: نرم و الاستيك (مانند پوست، تاندونها، رباطها، سلول و غيره) يا سخت و شكننده (مانند لامينا، جمجمه، طاعون كلسيفيه و غيره). در اين پژوهش، ما با تمركز بر روي بافت‌هاي گروه اول، به مطالعه‌ي مسئله برش بافت نرم به‌وسيله يك بازوي رباتيكي مي‌پردازيم. بدين منظور، يك الگوريتم تركيبي جديد مبتني بر نيرو و بينايي، طراحي و اجرا گرديده است. اين الگوريتم جامع با تلفيق داده‌هاي نيرو و تصوير، قابليت نظارت و تحليل دقيق تعامل فيزيكي تيغ جراحي با بافت را در طول مراحل مختلف برش، فراهم مي‌سازد و منجر به شناسايي رفتار بافت نرم مي‌گردد. در پژوهش حاضر، ابتدا پس از بررسي تحقيقات پيشين، دو مدل مكانيكي مختلف براي برش بافت نرم با تيغ جراحي پيشنهاد شده است. اين مدل‌هاي مكانيكي برش، رفتار فيزيكي يك بافت نرم را در فاز پيش از پارگي (تغيير شكل) و فاز پارگي و برش (به‌صورت يكپارچه) توصيف مي‌كنند. با استفاده از مدل‌هاي ارائه شده، مي‌توانيم به درك درستي از تعامل دست يابيم و حتي در صورت چندلايه بودن بافت، خواص مكانيكي هر لايه از بافت كه نوك تيغ در آن قرار دارد را شناسايي كنيم. در نتيجه مي‌توانيم با كنترل دقيق و اعمال نيروي متناسب با هر لايه، آسيب به بافت و محيط اطراف آن را به حداقل برسانيم. در ادامه‌ي تحقيق پيش‌رو، با استفاده از تكنيك‌هاي پردازش تصوير، تشخيص تيغ جراحي و تعيين نوع فاز تعامل (پيش از برش و حين برش) به‌صورت برخط، انجام گرفته است. سپس به منظور تخمين عمق برش و مساحت تيغه درگير با بافت، دو الگوريتم يادگيري ماشين جديد ارائه و اعتبارسنجي مي‌گردند. در نهايت، پارامترهاي مدل‌هاي مكانيكي پيشنهادي در دو فاز، با استفاده از الگوريتم‌هاي هوشمند شبكه عصبي، شناسايي و گزارش شده است. لازم به ذكر است كه روش پيشنهادي طي آزمايش‌هاي متعدد با استفاده از بافت‌هاي مصنوعي ويسكوالاستيك و بازوي 7 درجه آزادي KUKA LBR پياده‌سازي و ارزيابي شده است.

233397

طراحي كاربردي (ديناميك، كنترل و ارتعاشات)

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان