Design and control of a laparoscopic surgery device
Laparoskopik cerrâhi aleti tasarımı ve kontrolü
- Tez No: 439501
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLKER MURAT KOÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Bu tez, cerrahi operasyonlarda kullanılan ve tutucu mekanizmasına sahip, açısal açılma-kapanma mekanizmasına sahip bir laparoskopi aletinin, dokuya zarar vermeden cerrahi operasyon yapılabilmesini saglamayı amaçlamı¸stır. Tutulan dokunun ˘ hangi organda olduguna göre de ˘ gi¸siklik gösteren bir kuvvet limiti öngörerek, ˘ cerrahı da yormadan ve cerrah da dahil olmak üzere ortama herhangi bir zorluk çıkarmadan gerçekle¸stirilmesi amaçlanmı¸stır. Öngörülen kuvvet limitleri daha önceki çalı¸samalardan elde edilen bilgilerden 1-3 Newton aralıgıdır. Bu demektir ki, 3 ˘ Newtonun üzerindeki durumda dokuda zedelenme, yaralanma veya daha kötü bir durum olu¸sturabilir. ˙ Ilk olarak minimal invaziv cerrahide kullanılan geleneksel laparoskopi aleti irdelenerek, mekanizma yapısı ve kuvvet mertebeleri, hem analitik hem de deney ortamında gerçeklenmi¸s ve %13 e varan hatalar elde edilmi¸stir. Bu hata oranı biraz fazla olsa da karakterisik açıdan bir sıkıntı gözlemlenmemi¸stir. Analitik analizler için bazı hesaplamalar yagılmı¸sıtr. Ayrıca laparoskopi aleti bütün parçalarına ˘ ayrılarak gerekli ölçüler alınmı¸stır. Bu hesaplamalar deneysel düzenegin yanında ˘ bilgisayar ortamında da incelenerek laparoskopi aletinin yapısı eyleyici eklenmeden incelenmi¸stir. ˙ Inceleme hem matematik denklemlerle hem de animasyonla incelenerek bütün hesaplar birbirleriyle örtü¸stürülmü¸stür. Bu a¸samanın önemi büyüktür, daha sonra özel eyleyicimizi ekledikten sonra herhangi bir düzensizlikle kar¸sıla¸smak dogru ˘ olmaz. Deney düzeneginde ¸saftın hareketi için bir do ˘ grusal motor kullanılmı¸s ve bu da ˘ çene açıklıgını ve kuvvet mertebelerini bize do ˘ gru biçimde verebilmi¸stir. Yayların ˘ dogrusal olmasıyla bu durum kolayca sa ˘ glanıp sistem kuvvet durumu ve konum ˘ durumları elde edilmi¸stir.
Özet (Çeviri)
This thesis focuses on grasping mechanism in laparoscopic surgery where an excessive grasper force can lead to an unnecessary harm to tissue. The dynamics of grasping mechanism of a conventional laparoscopic grasper is investigated analytically and experimentally. Relative error values are obtained up to %13. In this design a Nickel-Titanium based shape memory alloy actuator is used. Shape memory alloys (SMAs) are alloys, which can remember their original shape. In this thesis, SMA wire that is provided from Dynalloy, is used. This actuator is composed of a shape memory alloy wire and a linear antogonistic spring. The actuator is integrated to laparoscopic tool, instead of the conventional tool's shaft. Unlike conventional laparoscopic tools which are generally based on lever mechanism or other mechanical simple machine mechanisms, SMA actuated devices reduces surgeon's hand fatigue and by achieving this, it improves surgeon's comfort during operation due to electrical actuation system compared to manual mechanical actuation. Considering the small incisions up to 15 mm, the tool's shaft diameter must be no larger than 15 mm. Actuation mechanism is based on SMA wire which must be no longer than 300 mm. The tool's handle must be ergonomic. Due to containing electrical parts, the tool must not shock the patient and the surgeon. Additionally, voltage and current level must be as minimum as possible in electronic parts. These will lead to a surgical tool with lower power usage and lower harm risk. The grasper force is controlled through the actuator by different controllers where structure of the controller effects are examined. Force control of shape memory alloy actuator allows a force limit. This means grasper force can be controlled with no harm on the tissue. This actuator is controlling the grasping force with a PID and a SMC controller. Closed-loop dynamics of the grasper mechanism is achieved with %3.34 overshoot and zero steady state error with SMC controller. Cooling procedure is applied to actuator where the response time of the actuator greatly improves, steady-state error goes to zero.
Benzer Tezler
- Laparoskopik cerrahide akıllı eyleyicili ameliyat aletlerinin tutucu kuvvet kontrolü ve doku ile etkileşmi
Grasping force control and tissue interaction of smart actuated surgical tools in laparoscopic surgery
MİTHAT CAN ÖZİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER MURAT KOÇ
DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLSAY SÜMER
- Design and bilateral control of a teleoperated surgical training system
Çift taraflı uzaktan kontrollü robotik cerrahi eğitim sisteminin mekatronik tasarımı
CANSU ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mekatronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VOLKAN PATOĞLU
- Control system design of a highly-extensible soft continuum robot
Yüksek miktarda uzayabilen bir yumuşak robotun kontrol sistemi tasarımı
ŞEREF KEMAL TALAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EVREN SAMUR
- Laparoskopik cerrahide kullanılmak üzere uzak dönme merkezli bir mekanizmanın tasarımı, imalatı ve kontrolü
Design, manufacturing, and control of a remote center of motion mechanism for use in laparoscopic surgery
SERHAT AKSUNGUR
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ YAKUT
- Cerrahi amaçlı bir robot kolunun tasarımı ve uzaktan kontrolü
Design and remote control of a surgical robot arm
MEHMET YALVAÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Genel CerrahiAfyon Kocatepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN TAŞGETİREN