بخشی از مقاله
چکیده:
موضوعی را که در این مقاله ارائه میدهم در حوزه مهندسی برق-کنترل می باشد.در زمینه Tele surgery یا جراحی از راه دور مطالعات زیادی انجام شده و مقالات متعددی ارائه گردیده است.دانشمندان ایرانی همچون دکتر توکلی و دکتر انوری نیزاز پیشروان این شاخه از رباتیک در جهان بوده اند.
آنچه که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است استفاده از ربات جراح در میادین جنگی و کاربردهای نظامی می باشد.
با توجه به آمار وزارت دفاع آمریکا،اکثر مرگ و میرها در میادین جنگی در 30 دقیقه اول جراحت رخ میدهد. لذا امداد رسانی سریع بسیار حائز اهمیت است.از طرفی ما با کمبود نیروی کار ماهرپزشکی در خطوط مقدم جنگی روبه رو هستیم بنابر این سیستمی را طراحی میکنیم که جراح بتواند از راه دور عملیات پزشکی مورد نظر را بر روی مجروح انجام دهد،که این پروسه متفاوت با موارد مشابه بیمارستانی می باشد.چرا که محیط آلوده و پرنویز جنگی متمایز با محیط استریلیزه شده بیمارستان بوده و از طرفی عملیات Endoscopic که از طریق ایجاد یک سوراخ کوچک دربدن انجام میگیرد (شبیه ربات (Zeus&Da vinci به علت شدت جراحت مجروح، قابل پیاده سازی
نمی باشد. در این پروژه ضمن تشریح ساختار سیستم فوق به طراحی قسمت Slave و Master پرداخته و نیز
فرایند Hapticرا برای سنس نیروی وارد بر بافت ها پیاده سازی می کنیم.
همچنین به طراحی برانکارد های ویژه ای برای ارسال سریع اطلاعات مجروح،به قسمت Slave می پردازیم.اکثر
کارهای نرم افزاری به کمک Matlab و شبیه ساز Peter corcke انجام گرفته است.
کلمات کلیدی: Telesurgery-Haptic-Slave-Master-UAV
مقدمه:پزشکی از راه دور اصطلاحی نسبتا جدید است که ظرفیت های همکاری زیادی را برای متخصصین کامپیوتر-برق و پزشکی فراهم آورده است.از جمله بخش های آن می توان به مشاوره از راه دور -تصویر برداری التراسوند-آسیب شناسی از راه دور و .... اشاره کرد.در این مقاله جراحی از راه دور مورد بررسی قرار گرفته است.جراحی رباتیک استفاده از ابزاری است که با بهره گیری از بازو های رباتیک،حرکت دست جراح را بسیار دقیق به درون بدن بیمار منتقل کرده و تصاویر هنگام عمل را نیز به صورت واضح و شفاف در اختیار جراح قرار می دهد.جراحی از راه دور،تنها در زمان دور بودن جراح و بیمار کاربرد ندارد،بلکه می توان از آن برای حل مشکلاتی نظیر لرزش ناخواسته دست جراحان و افزیش دقت نیز استفاده کرد.اگر چه ربات هایی طراحی شده است که با ورود دوربین های کوچکی از طریق سوراخ های کوچک به داخل بدن، عملیات مورد نظر را انجام میدهند ولی هیچ کدام از آنها به تنهایی قابل استفاده در محیط غیر بیمارستانی نمی باشند. در این مقاله به طرح سیستمی جامع برای جراحی از راه دور در محیط جنگی که امکان دسترسی به مجروح دشوار است می پردازیم. ابتدا شماتیک و نمای کلی طرح را بیان کرده و سپس وارد جزئیات هر قسمت می شویم.
نمای کلی سیستم:
شکل کلی قسمت Slave به فرم زیر است:
قسمت Master نیز شامل ابزار ,Monitor,Gasoline generator, Haptic Transmitter receiverمی باشد.
شرح جزئیات اجزای :Slave
از جمله شرایط محیط های جنگی رطوبت و دمای بالا و امکان بروز طوفان های شن و گرد و غبار می باشد.که این قسمت برای این شرایط بهینه سازی شده است.کل دستگاه compactو قابل حمل می باشد.
اولین کار محاسبه Workspace مورد نیاز و دامنه آن و نیرو و گشتاور برای انجام فعالیت های مختلف پزشکی می باشد.ما از بین شرایط مختلفی که به وجود آمد سعی کردیم کوچکترین ربات را طراحی کنیم چرا که بنا به گفته متخصصین جراحی اجتناب از شلوغی در فضای بالای سر بیمار بسیار مهم است.اندازه یک بیمار بالغ حدود0.25* 0.5*1 m می باشد که برای پوشش آن نیاز به 2 تا arm 4و یک یا چند دوربین داریم.اما همان طور که در ادامه خواهیم دیدما رباتی با 7 درجه آزادی را برای قسمت Slaveدر نظر میگیریم.علت این امر اجتناب از رفتن ربات به حالت سینگولار می باشد که درربات های جراح که با جان انسان ها سروکار دارد مشکلی حیاتی می باشد. در واقع ربات را به صورت redundant در نظر میگیریم( درجه آزادی ربات را بزرگتر از عملی که از آن انتظار داریم در نظر میگیریم).هر armاز 4 قطعه المینیومی که با یک مفصل لولایی به هم وصلند تشکیل شده است.کابل های stell را از درون بازوها عبور داده وانتهای آنها را به 7 موتور DC بدون جاروبک وصل میکنیم.با این روش دیگر لازم نیست موتورها را درون لینکها قرار دهیم که همین سبب کوچکی و سبکی میشود.
سیستم کنترل ربات:
سیستم کنترلی مورد استفاده یک PC استاندارد است که خواص مختلفی را میتوان برای آن تعریف کرد.سیکل ورودی این سیستم شامل دستورات جراح و موقعیت ربات و سیگنال های ایمنی می باشد.برای این که سیستم کنترلی ما ایمن باشد چهار حالت زیر را در نظر میگیریم.
:1نیرو قطع بوده و ترمز ها فعالند.
:2ربات عملکرد و رنج حرکت خود را مشخص میکند.
:3جراح به کمک پدالی حرکت را آغاز میکند ولی ترمز ها همچنان بر قرارند :4جراحی آغاز می شود
اگر سیستم کنترلی هر گونه خطای نرم افزاری یا سخت افزاری ببیند در کمتر از 20ms به حالت اول میرود.
UAV:
طراحی داخلی UAV در پروژه ای جداگانه بحث شده است.در این جا ما فرض می کنیم که برای ارسال اطلاعات از UAVهای ساخت شرکت Aerovironment استفاده می کنیم.این UAV ها فشرده و کم هزینه بوده و در ارتفاع 100mتا 30000m می توانند قرار گیرند.
لازم به ذکر است قبل از استفاده از UAV ها امکان استفاده از ماهواره ها به دلیل پهنای باند بالای انها بررسی گردید که به دلیل عدم پوشش کل زمین و همیشه در دسترس نبودن آنها و دارا بودن تاخیر بیش از یک ثانیه مناسب دیده نشد.
گزینه بعدی نیز Internet control بود که به علت وجود مشکلات سخت افزاری و سرعت داخلی در ایران حذف گردید.برای ارسال می توان از پروتکل UDP/IP استفاده کرد که وقتی یک بیت حذف شد دیگری بلا فاصله جای آن را می گیرد و سرریز کمی دارد.
ژنراتور گازوئیلی:
با توجه به شرایط محیط جنگی بهتر است از گازوئیل که سوخت سبکی می باشد و قابل ذخیره کردن در یک مخزن است استفاده کرد.سیم های دستگاه توسط هوا خنک کاری می شوند.از طرفی این ژنراتور در برابر اتصال کوتاه و نوسانات ناگهانی بار مقاومت دارد.
