بخشی از مقاله
خلاصه
در معاینات پالپیشن، یکی از موارد اصلی در کنار دقت بالای دستگاه، قابلیت دسترسی آن به تمامی نقاط شکم بیمار میباشد، در این پژوهش روند طراحی و ساخت ابزار رباتیک سه درجه آزادی کارتزین حامل دستگاه پالپیشن برای کمک به این معاینات ارائه شده است. در هنگام معاینات، مختصات هندسی هر نقطه از شکم برای مطالعات هپتیکی در آینده قابل دسترسی است. این ابزار به گونهای طراحی شده است که بیمار در زیر آن قرار میگیرد و از این طریق پزشک و ابزار پالپیشن به بدن بیمار مسلط خواهند شد.
در طراحی مکانیکی ابزار، برای ساخت درجه آزادی کارتزین XY، از مکانیزم حرکتی CoreXY استفاده شده است. این مکانیزم با استفاده از دو موتور پلهای به همراه یک تسمه دو درجه آزادی کارتزین با دقت بالا رو تولید میکند. برای ایجاد این مکانیزم از اتصالات دیگری مانند قرقره، شفت و بلبرینگ های خطی نیز استفاده شده است. همچنین درجه آزادی سوم کارتزین Z که برای انتقال صفحه CoreXY به سمت بالا یا پایین میباشد، با استفاده از دو موتور پلهای و سه لیداسکرو ساخته شده است.
در بخش الکترونیکی ابزار، از برد آردوینو مگا 2560، شیلد Ramps v1.4، چهار عدد استپر موتور و سه عدد درایور DRV8825 استفاده شده است. با ارتباط مجموعه الکترونیکی با کامپیوتر، کنترل و ارسال فرمان حرکتی به ابزار توسط اپراتور و در محیط سریال مانیتور آردوینو قابل دسترسی است. در نهایت با استفاده از ابزار رباتیک سه درجه آزادی ساخته شده انجام معاینات پالپیشن با دقت و سهولت بیشتری قابل اجرا خواهد بود.
.1 مقدمه
پالپیشن1 یا معاینات لمسی، یک معاینه فیزیکی است که طی آن اعضا یا قسمتهایی از بدن به منظور تشخیص اندازه، شکل، قوام و موقعیت آنها، توسط انگشتان دست لمس میشوند .[1] از این روش تاکنون برای تشخیص تومور در بافت هایی نظیر پروستات و سینه استفاده شده است .[2] ابزارهای رباتیکی مورد استفاده برای انجام معاینات پزشکی به دو گونه دستی و اتوماتیک تقسیم میشوند. در روش دستی، اپراتور ابزار را بر روی بافت مورد نظر قرار میدهد و تغییر مکان و نیرو توسط دستگاه گزارش میشود. گروه دوم روشهایی است که به صورت غیر دستی و اتوماتیک صورت میگیرد.
استفاده از ابزارهای رباتیک برای انجام پالپیشن و استخراج ویژگی مکانیکی ناحیه مورد نظر، همواره مورد توجه بوده است -3] .[9 سامور و همکاران [10] ابزار رباتیکی که شامل بازوی رباتیکی برای انجام آزمایشهای فشاری نفوذ در بافت2، پروب3 لاپاروسکوپی و یک حسگر نیرو بود، را برای انجام معاینات بر روی بافت ناحیه شکم را توسعه دادند.
کاتو و همکاران [11] یک ربات معاینات لمسی خودکار برای استفاده در آزمایشهای بالینی سرطان سینه را ابداع نمودند. این ربات معاینات لمسی را با فشار آوردن و کشیدن پوست بافت به صورت جانبی و اندازهگیری نیروی متناظر انجام میداد. داوریا [12] ساخت دستگاه پالپیشن یک درجه آزادی برای انجام معاینات پالپیشن را انجام داد. دستگاه صفحهای که حسگر بر روی آن قرارگرفته است را بر روی بدن بیمار میفشارد - شکل . - 1 با استفاده از انکودر و حسگر نیروی نصب شده در نوک دستگاه، نیرو و جابجایی متناظر اندازهگیری میشوند. از ویژگی های اختصاصی این دستگاه میتوان به وزن کم آن و قابل حمل بودن توسط اپراتور، قابلیت حرکت و نفوذ بر روی بافت سطح ناحیه شکم تا 35 میلیمترو سیستم انتقال قدرت برگشت پذیر و بدون لقی اشاره کرد
شکل 1 تماس دستگاه از طریق حسگر نیرو با بدن بیمار
با بررسی پژوهش های پیشین انجام شده در گذشته، تاکنون ساخت ابزار رباتیکی که بتواند به تمامی نقاط شکم بیمار برای انجام معاینات دسترسی داشته باشد و سبب تسهیل و افزایش دقت این فرایند شود، انجام نشده است. همچنین، در هنگام انجام معاینات پالپیشن، به دلیل حساسیت بالای اطلاعات نیرو-جابجایی استخراج شده به مکان مورد معاینه بر روی بدن و حرکات اضافی مانند لرزش دست پزشک، نیاز به طراحی ابزار رباتیکی سه درجه آزادی کمک کننده به معاینات پالپیشن به وضوح احساس میشود.
بنابراین، با توجه به دستگاه ساخته شده توسط داوریا، هدف طراحی یک ابزار رباتیک سه درجه آزادی می باشد که بتوان با حمل کردن ابزار پالپیشن [12] بر روی خود، دسترسی به تمامی نقاط شکم بیمار را فراهم کند. با ساخت این ابزار، علاوه بر انجام معاینات با دقت بالاتر، مختصات هندسی نقاط مورد معاینه برای انجام مطالعات هپتیکی آینده قابل استخراج خواهد بود.
.2 ویژگیهای اختصاصی ابزار
ابزار رباتیک مورد نظر باید به نحوی طراحی شود که قابلیت حمل ابزار پالپیشن بر روی خود را داشته باشد. همچنین اعمال حرکت و کنترل آن ساده باشد تا حتی بدون حضور پزشک و به وسیله اپراتور کنترل شود. بنابراین میتوان خصوصیات اختصاصی زیر را برای ابزار برشمرد:
1. قابلیت حمل ابزار پالپیشن و سوار کردن آن بر روی خود
2. دا شتن سه درجه آزادی در سه جهت کارتزین X؛ Y و Z برای انتقال ابزار پالپی شن بر روی نقطه مورد نظر شکم بیمار
3. قابلیت پوشش دادن تمامی ناحیه شکم برای بیماران با ابعاد و هندسه متفاوت این ناحیه از بدن
4. قابلیت محاسبه و ذخیرهسازی مختصات هر نقطه دلخواه برای استخراج هندسه این شکم در مطالعات آینده
5. داشتن ایمنی بالا به دلیل ارتباط این دستگاه با بیمار و انجام معاینات پزشکی
.3 طراحی بخش مکانیکی ابزار
هنگام انجام معاینات پالپیشن، بیمار روی تخت دراز میکشد و اپراتور معاینات را بر روی فرد انجام میدهد . بنابراین طراحی دستگاه باید بهگونهای باشد که قابلیت قرارگیری بر روی تخت بیمارستانی را داشته باشد و از طرفی بتوان ناحیهی مورد معاینه رو به صورت کامل پوشش دهد . بنابراین با استفاده از چهارچوب شکل 2، این شرایط فراهم خواهد شد. پس از طراحی بدنه کلی دستگاه، مکانیزم حرکتی در جهات کارتزین مختلف مورد بررسی قرار میگیرد.
