BalanScope: Endonazal Kafa Tabanı Ameliyatı için Endoskop Tutucu Robot Manipülatör | RASİM ALİZADE MEKATRONİK LABORATUVARI WEB SAYFASI

BalanScope: Endonazal Kafa Tabanı Ameliyatı için Endoskop Tutucu Robot Manipülatör

Endonazal Kafa Tabanı Ameliyatı için Endoskop Tutucu Olarak Kullanılacak, Kendinden Dengeli ve Uzak Hareket Merkezli Robot Manipülatörü Tasarımı

Destekleyen Kuruluş TÜRKİYE BİLİMSEL VE TEKNOLOJİK ARAŞTIRMA KURUMU (TÜBİTAK)  BalanScope
Destek Programı 1001
Proje No/Kısaltması 219M483 / BalanScope
Destek Süresi 2020-2022
Yürütücü Dr. Gökhan Kiper
Proje Ekibi Dr. M. İ. Can Dede, Dr. H. Seçil Artem, Dr. Levent Aydın, Dr. Volkert van der Wijk, Dr. Mustafa Berker, Dr. Şahin Hanalioğlu, Dr. İlkay Işıkay, İbrahimcan Görgülü, Ataol B. Aldanmaz, H. İrem Erten, Tuğrul Yılmaz, Emirhan İnanç

Proje Özeti

Hipofiz bezi iki görme sinirinin arasında kafa tabanında özel bir salgı organıdır. 2018’de tamamlanan 115E725 numaralı NeuRoboScope projesiyle hipofiz bezinden kaynaklanan tümörlerin cerrahisi sırasında kullanılan görüntüleme aracını (endoskop) cerrahın istediği şekilde yönlendirilmesine yarayan özel bir robotik sistemin ilk prototipi geliştirilmiştir. Projede geliştirilen pek çok alt sistem arasında ameliyat bölgesinde endoskopun yönelimini kontrol eden aktif kol mekanizması adlı robot, ameliyatın başarımı üzerinde en önemli etkiye sahip olandır. Aktif kol mekanizması minimal invaziv ameliyat robotlarının ortak gereksinimi olarak bir uzak hareket merkezli mekanizma olarak tasarlanmıştır ve patent başvurusu yapılmıştır.

NeuRoboScope projesinde geliştirilen aktif kol mekanizması bir paralel manipülatördür. Paralel manipülatörlerin avantajlarını kullanmak için geliştirilen mekanizma prototipiyle yapılan testler sonucunda elde edilen bazı olumsuz durumlar şu şekildedir: (1) uç noktasında taşınan ~300 gr kütleli endoskop nedeniyle mafsal boşluklarından, uzuv esnekliklerinden ve boşluklu dişli sisteminden kaynaklı uç noktasında kontrol edilemeyen yer değişimleri meydana gelmektedir; (2) ağırlık dengelemeli bir yapı olmadığından eyleyici sistem eforunun büyük kısmı ağırlık dengelemesine harcanmakta ve hassas kontrol uygulanmasını pratik sınırlar nedeniyle zorlaştırmaktadır (mesela motor sürücüsünde işlenen sürüş bilgisinin çözünürlük sınırı); (3) model temelli kontrol için paralel mekanizmanın dinamik denklemlerinin gerçek zamanlı koşturulması kullanılan mikroişlemciyi zorlamaktadır; (4) mekanizma dışarıdan etkiyen kuvvetleri tolere etmesi için kendinden esnekliğe sahip değildir ancak bu kuvvetler bir kuvvet/tork algılayıcısıyla ölçülerek değerlendirilmektedir.

NeuRoboScope projesinin aktif kol mekanizmasına ait yukarıdaki sorunları çözmek amacıyla bu proje başvurusu oluşturulmuştur. Projede hem kendinden dengeli tasarıma sahip yeni bir aktif kol mekanizması geliştirilecek, hem de mevcut aktif kol mekanizması kıyaslama amacıyla gerekli değişiklikler yapılarak güncellenecektir. Projenin özgün yanlarından birisi bütün minimal invaziv ameliyatlarda kullanılan, bir pivot noktası etrafından hareket edebilen uzak hareket merkezli ve kendinden dengeli bir robot mekanizması çıkarılmasıdır. Diğer özgün değer ise proje kapsamında bu tür bir ameliyat robotunda seri-elastik eyleyici yapısı kullanılmasıdır. Hassas bir ameliyat senaryosu olan hipofiz bezi tümörü ameliyatında mekanizmanın endoskopu hassas şekilde yönlendirmesi önemlidir, ancak cerrahın aynı anda hastanın üzerinde çalıştığı bir ortamda dışarıdan gelecek fiziksel etkileşimlere uyum göstermesi de önemlidir.

Projede öncelikle cerrahi ekiple beraber bir ameliyat robotunun mekanizma tasarım gereksinimleri güncellenecektir. Yeni mekanizma tasarımı sırasında kendinden dengeli bir mekanizma geliştirilmesi için yöntemler izlenecektir. Ayrıca seri-elastik eyleyicilerin endoskopun hareketine parazitik etkileri olmaması için gerekli önlemler alınacak ve ön prototiplerde test edilecektir. Yeni mekanizmayla karşılaştırılması için NeuRoboScope projesinde geliştirilen mekanizmanın tasarım güncellemeleri yapılacaktır. Geliştirilen tasarımları takiben üretilen mekanizmalar üzerinde başarım ölçütleri test edilecek ve son kullanıcı olan cerrahların kullanımına sunulup maket ve kadavra üzerinde kullanım uygunluğu testleri gerçekleştirilecektir.

Proje sonucunda ortaya hem bir minimal invaziv ameliyat robotu ortaya çıkarılacak, hem de bu tür ameliyatlar için geliştirilecek robotların tasarımı için yöntemler geliştirilmiş olacaktır. Ortaya çıkan bilgi hem kendinden dengeli mekanizma tasarımı konusuna, hem de ameliyat robotları konusuna katkı verecektir. Projenin sonuçlanmasıyla bu konuda çalışan araştırmacılar yetiştirilmiş olacak ve elde edinilen bilgiler yayın ve çalıştaylarla ilgili paydaşlarla paylaşılacaktır.


Yayınlar

 Tezler

Y.L. Tezi – Ataol B. Aldanmaz: Minimal İnvaziv Transnazal Beyin Ameliyatı Uygulaması İçin Uzak Hareket Merkezli 2R1T Paralel Mekanizmasının Statik Dengelenmesi (Danışmanlar: Dr. Kiper ve Dr. Dede)

Y. L. Tezi H. İrem Erten: Topoloji Optimizasyonu Kullanarak Seri-elastik Eyleyici Tasarımı (Danışman: Dr. Artem)

Y.L. Tezi – Tuğrul Yılmaz: Endonazal Kafa Tabanı Ameliyatı İçin Endoskop Tutucu Olarak Kullanılacak, Kendinden Dengeli Bir Mekanizma Tasarımı, Üretimi ve Testleri (Danışmanlar: Dr. Kiper ve Dr. Van der Wijk)

Lisans Çalışması (TÜBİTAK STAR bursu) – Emirhan İnanç: 2R Uzaktan Hareket Merkezli Mekanizmaların Araştırılması