Robotik Laparoskopik Cerrahi ve Girişimsel Radyoloji Alanlarında Kullanılabilecek Multifonksiyonel Robotik Kol Başlıklarının Tasarımı ve Uygulaması


Creative Commons License

Küçük H. (Yürütücü)

Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, 2017 - 2018

  • Proje Türü: Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje
  • Başlama Tarihi: Mart 2017
  • Bitiş Tarihi: Ağustos 2018

Proje Özeti


Klasik cerrahi girişimler yerlerini hızla elektromekaniksistemlerle donatılmış cerrahi girişimlere (Robotik) bırakmaktadır. Bu yöntemlerle yapılan operasyonlarda kullanılan tutucu, kavrayıcı, sıkıştırıcı yardımcı medikal aletler,bu tür sistemlerin vazgeçilmez parçaları haline gelmişlerdir. Elektromekanik cerrahi girişimler esnasında kesme, tutma, parça alma, yakma, dikme işlemlerini yapmak için kullanılan yardımcı aparatlarda servo, step gibi elektrik motorlar, hidrolik-pnömatik sistemler yada bunların karışımı hibrit sistemler kullanılmaktadır. Bu tür sistemler genel kabul görmüş ve güvenilirliği kanıtlanmış olmakla birlikte bir takım dezavantajlar ihtiva etmektedir. Bunlardan birincisi elektronik devreler, sürücüler ve yapısal malzemelerden dolayı fiziksel yapılarının karmaşık olmasıdır. Bu durum beraberinde yüksek maliyetleri getirmektedir fakat en önemlisi hacimsel olarak minyatürleşmeye olanak vermemesidir. Oysa şekil bellek ve süperelastiklik özelliğe sahip nikel titanyum alaşımlarının şekil değiştirme ve orijinal şeklini geri kazanabilme yeteneklerinden faydalanılarak yapılacak tutma, kavrama, kesme, dikme işlemleri ile hem sistemlerin karmaşık yapıları daha basit yapılara indirgenecek ve böyleceminyatür boyutlarda medikal aletler üretilebilecek hem de hassas ve milimetrik girişimlerin yapılmasına olanak tanıyacak çözümler elde edilecektir.

Bilimsel araştırma projesi olarak önerdiğim bu projede amaç; Robotik-Laparoskopik cerrahide ve görüntüleme (Ultrason, Bilgisayarlı Tomografi yada MRI) eşliğinde yapılan radyolojik girişimlerde manuel olarak yapılan işlemleri kısmen yada tamamen robotize edecek medikal kol ve tetkik yada girişimlerde tutma, kavrama, kesme, dikme, yakma, numune alma işlemlerinden bir yada birden fazlasını aynı anda yapabilecek bir robotic manipülasyon aparatlarının tasarım, imalat ve uygulamasını içerecektir.

Bu proje ilegünümüzde yaygın olarak kullanılan medikal cihaz aparatları boyutsal olarak daha küçük ve hafif imal edilebileceklerdir. Özellikle iyonize radyasyoneşliğinde gerçekleştirilen girişimsel işlemlerde uzaktan erişim ile kontrol sağlanarak, bu tetkikleri gerçekleştiren doktor ve yardımcı personeler iyonize radyasyonun olumsuz etkilerinden büyük oranda korunabilecektir.

Bu projede önerdiğimiz multifonksiyonelmedikal alet; Gövdeyi oluşturankarbon fiber yada metalik bir tüp içerecektir. Tüpten dört adet nikel-titanyum tel geçecektir. Teller bir körükle desteklenerek boyun kısmını oluşturacaktır. Boyun kısmından geçen teller kafa olarak adlandıran ikinci küçük bir tüp boruya monte edilecektir. Kafa olarak adlandırılan bölge; çeşitli şekillerde dizayn edilmiş, tutma, kavrama, kesme, dikme işlemleriniyapacak nikel-titanyum levha, şerit yada yaylardan üretilmiş milimetrik boyutlardaki aparatlar içerecektir. Bu aparatların çeşitliliği; yani tutma, kesme, yakma, numune alma işlemlerinin ne şekilde bir arada yapabileceği başlığın kullanılacağı medikal alana, anatomik bölgeye ve anatomik bölgenin fiziksel olarak müsaade edeceği büyüklüğe göre karar verilip tasarlanacaktır. Ayrıca endoskopik beyin ameliyatları gibi kapalı alanlarda işlemlerin yapılabilmesine olanak tanıması açısından medikal başlık, kamera ve boroskop aydınlatma sistemi içerecektir. Mekanik hareketleri elde etmek için nikel titanyum malzemeler kullanılacakları yerlere ve işlevlere göre dizayn ediliptermo-mekanik işlemler ile eğitileceklerdir. Hareket kontrolleri PWM ile üzerlerinden geçirilecek darbe akımları ile gerçekleştirilecektir. Üzerlerinden akım geçmesi ile ısınan teller yüksek sıcaklık fazına göre eğitilip hafızalandırılmış şekli

alacaktır (örneğin: açma). Soğuma ile düşük sıcaklık fazına ait orijinal şekline geri dönecektir (örneğin; kapama). Bu girişimler esnasında, işlem yolundaki sağlıklı komşu doku bölgelerini, elektriksel akımın ısı gibi olumsuz etkilerinden korumak için kapalı devre izolasyonlarsağlanacaktır.

Bu tasarım ve uygulamalar esnasında nikel titanyum alaşımlarının kontrol edilebilmelerinde bir takım engeller ortaya çıkabilecektir. Bunlardan en önemlisi; düşük tepki zamanı, yani yapılması istenen hareketlerin prosesin her aşamasında eş zamanlı elde edilememesidir. Bu durumda sisteme piezoelektrik malzemelerden bir soğutma bileşeni eklenecektir. Diğer bir engel ise tutma-kavrama gibi işlevlerinin lineer olamaması durumudur. Bu durumda bu işlevi yapacak malzeme olarak elektroaktif polimer gibi akıllı malzemeler tercih edilmesi yada sistemin aksayan kısımlarının hibrit sistemler ile kontrol edilmesi gibi yöntemler tercih edilecektir.

Özetle;bilimsel araştırma projesi olarakönerilenbu tasarım ve uygulama,basit, ucuz, tutma-kavrama,dikme-kesme, yakma ve numune alma işlevlerinin bir yada bir kaçının bir arada yapılabileceği, minyatürleşmeye imkan verecek medikal bir alet üretimine olanak tanıyacaktır. Bu çalışma malzeme bilimi, elektrik–elektronik, mekatronik ve medikal alanlarda multidisipliner bir çalışma gerektireceğinden literatüre olumlu katkıda bulunacaktır. Yine bu çalışma ile literatürde nikel titanyum ile ilgili tutma-kavrama yapan çalışmalar olmasına rağmen numune alma, kitle alma, tümör ablasyonu ve özellikle intrakranial endoskopik cerrahi gibi robotik cerrahi uygulamalarının söz konusu olmadığı alanlarda yapılan bir çalışmaya aday olalacaktır ve bu hususta ilk olma özelliği taşıyacaktır. Bu çalışma sonucunda ortaya çıkacak olan multifonksiyonel medikal robotik kol ileri çalışmalarda geliştirilecek navigativ robotik cerrahi bir cihaza monte edilebilecektir. Ayrıca ülkemizin günümüz koşulları göz önüne alındığında sağlık ekipmanlarının çoğunun ithal edildiği göz önüne alınırsa; bu çalışma, medikal alanda araştırma ve ürüne dönüştürme faaliyetlerinin geliştirilmesi hususunda önemli bir adım sayılabilecektir.