رباتیک در پزشکی / بیورباتیک
الهه کفاشی؛ محمدعلی احمدی‌پژوه؛ فیروز بختیاری‌نژاد
دوره 14، شماره 4 ، بهمن 1399، ، صفحه 277-290
چکیده
با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماری‌های عروق مغزی و سکته‌ی مغزی که منجر به فلج شدن اندام‌های یک سمت بدن از جمله دست شده و همچنین محدودیت‌های روش‌های سنتی توان‌بخشی، ساخت دستگاه‌هایی برای کمک به این افراد ضروری می‌باشد. در این پژوهش در ابتدا با توجه به چالش‌های موجود در طراحی یک برونپوش دست، طراحی اولیه‌ی یک مکانیسم برای ...
بیشتر
با توجه به آمار بالای مبتلایان به بیماری‌های عروق مغزی و سکته‌ی مغزی که منجر به فلج شدن اندام‌های یک سمت بدن از جمله دست شده و همچنین محدودیت‌های روش‌های سنتی توان‌بخشی، ساخت دستگاه‌هایی برای کمک به این افراد ضروری می‌باشد. در این پژوهش در ابتدا با توجه به چالش‌های موجود در طراحی یک برونپوش دست، طراحی اولیه‌ی یک مکانیسم برای استفاده به صورت حرکت غیرفعال پیوسته برای توان‌بخشی انگشتان دست انجام شده است. این مکانیسم مبتنی بر تاندون بوده و هر دو حرکت باز و بسته شدن انگشتان را پوشش می‌دهد. به این منظور در برونپوش از دو عمل‌گر فعال و غیرفعال به ترتیب جهت بستن و باز کردن انگشتان دست استفاده شده است. ویژگی بارز این طراحی، سبک و کم‌حجم بودن آن، قابلیت تنظیم برای دست‌های متفاوت و سازگاری و راحتی آن برای بیمار می‌باشد. همچنین روابط سینماتیکی و دینامیکی برونپوش برای انگشتان دست به غیر از انگشت شست به روش لاگرانژ مدلسازی شده است. حرکت برونپوش در تعامل با انگشت به کمک نرم‌افزار سیم‌مکانیک متلب شبیهسازی شده است. در نهایت با استفاده از نتایج شبیهسازی و مدلسازی، طراحی نهایی با در نظر گرفتن نیروی 40 نیوتن در طول تاندون انجام شده و برونپوش برای انگشت اشاره ساخته شده است. همچنین نتایج حاصل از مدلسازی تحلیلی و شبیهسازی مورد مقایسه قرار گرفته و میزان خطای مدلسازی برای تغییر زوایای مفاصل به دست آمده است. این مقدار در بیش‌ترین حالت برای مفصل اول و دوم انگشت برابر با 15% و برای مفصل سوم برابر با 20% محاسبه شده است.
رباتیک در پزشکی / بیورباتیک
محیا سالم؛ سعید ابراهیمی؛ مهدی بامداد
دوره 11، شماره 2 ، مرداد 1396، ، صفحه 111-125
چکیده
در این تحقیق، یک برونپوش بالاتنه به‌منظور انجام تمرین‌های توان‌بخشی و کمک به افراد دارای مشکل حرکتی در انجام کارهای روزانه طراحی شده است. این برونپوش قادر به دوران دو درجه‌ی آزادی مفصل شانه به صورت فعال و یک درجه‌ی آزادی به صورت غیرفعال است. در سیستم طراحی شده از ایده‌ی مکانیزم انتقال کابلی و پولی راهنما با قابلیت تغییر راستای ...
بیشتر
در این تحقیق، یک برونپوش بالاتنه به‌منظور انجام تمرین‌های توان‌بخشی و کمک به افراد دارای مشکل حرکتی در انجام کارهای روزانه طراحی شده است. این برونپوش قادر به دوران دو درجه‌ی آزادی مفصل شانه به صورت فعال و یک درجه‌ی آزادی به صورت غیرفعال است. در سیستم طراحی شده از ایده‌ی مکانیزم انتقال کابلی و پولی راهنما با قابلیت تغییر راستای اعمال نیرو بهره برده شده است. در این طرح، بر پایه‌ی سیستمی با ساختاری ساده تنها از یک کابل برای حرکت رفت و برگشتی هر محور استفاده شده است. مکانیزم میله‌ای طراحی شده در این طرح با دوران دو درجه‌ی آزادی مفصل شانه، قابلیت حمل آن را بدون نیاز به پایه‌ای ثابت فراهم آورده است. سیستم محرکه‌ی هر محور مستقل از محور دیگر عمل میکند، و بدین ترتیب، می‌توان تنها مکانیزم مربوط به یک محور را روی بازو نصب و از آن استفاده نمود. این برونپوش حرکت کتف را در راستای عمودی محدود نمیسازد و در ضمن، ارزان، سبک، و قابل حمل بوده و به آسانی پوشیده میشود. در این مقاله، پس از معرفی سیستم برونپوش، روابط مربوط به گشتاور موتورها برای انجام گستره‌ی مشخصی از وظایف بدست آورده میشود. در ادامه، معادلات سینماتیکی و دینامیکی حاکم بر سیستم برونپوش استخراج گردیده و با شبیهسازی سیستم در نرم‌افزارهای کتیا و متلب و ارائه‌ی نتایج، عمل‌کرد آن مورد ارزیابی قرار میگیرد. نتایج حاصل مشخص میکند که برونپوش طراحی شده به خوبی قادر به انجام تمرین‌های توان‌بخشی برای مفصل شانه می‌باشد.
رباتیک در پزشکی / بیورباتیک
مجتبی شریفی؛ سعید بهزادی پور؛ حسن سالاریه؛ فرزام فرهمند
دوره 9، شماره 1 ، فروردین 1394، ، صفحه 85-98
چکیده
در این پژوهش به منظور کنترل سیستم‌های جراحی رباتیک ِعملیات از راه دور، یک روش کنترل امپدانس دوجانبهی تطبیقی غیرخطی به همراه شناسایی بلادرنگ پارامترهای مدل بافت نرم ارائه شدهاست. از یک مدل ویسکوالستیک خطی با یک جرم (اینرسی) اضافه در مدلسازی دینامیکی بافت که ِدر تعامل با ربات است، استفاده شدهاست. یکی از اهداف این کنترلر یا ...
بیشتر
در این پژوهش به منظور کنترل سیستم‌های جراحی رباتیک ِعملیات از راه دور، یک روش کنترل امپدانس دوجانبهی تطبیقی غیرخطی به همراه شناسایی بلادرنگ پارامترهای مدل بافت نرم ارائه شدهاست. از یک مدل ویسکوالستیک خطی با یک جرم (اینرسی) اضافه در مدلسازی دینامیکی بافت که ِدر تعامل با ربات است، استفاده شدهاست. یکی از اهداف این کنترلر یا کنترلگر دوجانبهی تطبیقی، تنظیم امپدانس عمل‌گر نهایی ربات راهبر بر اساس پارامترهای امپدانسی بافت نرم، که بلادرنگ در سمت ربات پیرو شناسایی میشود، است. هدف دیگر، تعقیب مسیر ربات راهبر توسط ربات پیرو است. اثبات پایداری سیستم عملیات از راه دور به همراه اثبات عملکردهای تعقیب مسیر و تعقیب نیرو، با درنظر گرفتن کنترلر دوجانبه و استفاده از تئوری لیاپانوف انجام شدهاست. روش کنترلی مطرحشده میتواند سیستم‌های عملیات از راه دور (مانند سیستم‌های جراحی ، توان‌بخشی و یا سونوگرافی از راه دور) که با بافت نرم در تعامل هستند، را به صورت دوجانبه کنترل نماید. با استفاده از شبیهسازی بر روی یک ربات دو درجه‌ی آزادی با دینامیک غیرخطی، عمل‌کرد کنترلر ارائهشده در تعقیب نیرو، تعقیب موقعیت و نیز شناسایی پارامترهای بافت نرم بررسی شدهاست.
جراحی رباتیک
مرضیه سعیدی‌راد؛ حیدرعلی طالبی؛ محمد زارعی‌نژاد؛ محمدرضا دهقان
دوره 7، شماره 4 ، اسفند 1392، ، صفحه 287-296
چکیده
شبیهسازی بی‌درنگ برای نشان دادن رفتار واقعی بافت نرم به مدل‌های بیومکانیک دقیقی نیاز دارد که دارای محاسبات سریع باشد. این مدل‌ها در خدمت کاربردهایی از جمله تشخیص پزشکی، برنامه‌ریزی و آموزش جراحی است. یکی از چالش‌ها در شبیهسازی عمل جراحی، برش بافت نرم است که به تغییرات ساختار هندسی و مش‌بندی مجدد عناصر در زمان بصورت آنی نیاز ...
بیشتر
شبیهسازی بی‌درنگ برای نشان دادن رفتار واقعی بافت نرم به مدل‌های بیومکانیک دقیقی نیاز دارد که دارای محاسبات سریع باشد. این مدل‌ها در خدمت کاربردهایی از جمله تشخیص پزشکی، برنامه‌ریزی و آموزش جراحی است. یکی از چالش‌ها در شبیهسازی عمل جراحی، برش بافت نرم است که به تغییرات ساختار هندسی و مش‌بندی مجدد عناصر در زمان بصورت آنی نیاز دارد. در این مقاله الگوریتم برشی با توجه به تحلیل هندسی بافت پیشنهاد شده است به طوری که تعداد درجات آزادی کمی تولید کرده و شبیهسازی پایدارتری را با آسیب کمتر به بافت نشان می‌دهد. با توجه به نتایج حاصل از شبیهسازی، الگوریتم پیشنهادی از سرعت نسبتاً زیادی برخوردار است. علاوه بر الگوریتم پیشنهادی برش، روش نگاشتی پیشنهاد شده است که ارتباط بین مدل فیزیکی عناصر و مش‌بندی بصری و برخورد را برقرار ساخته و عمل جراحی واقعیتری را نشان می‌دهد. در این مقاله برای به دست آوردن نتایج قابل اعتماد، از مدل فیزیکی، دقیق و محاسباتی اجزای محدود استفاده شده است. روش اجزای محدود برای پایداری، دقت و عمل‌کرد کافی در شبیهسازی آنی بهکار میرود. الگوریتم پیشنهادی در محیط شبیهسازی SOFAبرای بافت نرم سهبعدی توموری شکل ارزیابی شده است.
پردازش تصاویر پزشکی
مرضیه ارشاد؛ علیرضا احمدیان؛ هوشنگ صابری
دوره 7، شماره 2 ، شهریور 1392، ، صفحه 155-162
چکیده
انطباق تصاویر قبل از عمل با فضای فیزیکی بیمار در حین عمل در سیستم های راهبری جراحی به کمک تصویر، برای ردیابی ابزار جراحی نسبت به بدن بیمار امری ضروری محسوب می شود. جراحی ستون فقرات به کمک تصویر نیز از این امر مستثنی نیست. به دلیل تفاوت در نحوه قرارگیری بیمار در تصویربرداری قبل از عمل و شرایط حین عمل، تفاوتی در انحنای ستون فقرات بیمار ...
بیشتر
انطباق تصاویر قبل از عمل با فضای فیزیکی بیمار در حین عمل در سیستم های راهبری جراحی به کمک تصویر، برای ردیابی ابزار جراحی نسبت به بدن بیمار امری ضروری محسوب می شود. جراحی ستون فقرات به کمک تصویر نیز از این امر مستثنی نیست. به دلیل تفاوت در نحوه قرارگیری بیمار در تصویربرداری قبل از عمل و شرایط حین عمل، تفاوتی در انحنای ستون فقرات بیمار ایجاد می شود این بدین معناست که یک انطباق صلب برای انطباق کل مهره ها کفایت نمی کند و لازم است که هر مهره بطور جداگانه به عنوان یک جسم صلب در نظر گرفته شود و عمل انطباق روی هر مهره بطور جداگانه صورت پذیرد. برای انطباق تک تک مهره ها از الگوریتم انطباق ICP استفاده شده. برای ارزیابی دقت انطباق، خطای TRE با در نظر گرفتن نقطه هدف در پایه مهره که محل جراحی در عمل جایگذاری پیچ در مهره محسوب می شود، محاسبه شد. در این تحقیق عوامل موثر بر خطای TRE که عبارتند از پیکره بندی نشانگرها نسبت به نقطه هدف، خطای FLE و الگوریتم انطباق مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت با پیشنهاد چند پیکره بندی مناسب از لندمارک های آناتومیکی با توجه به محدودیت های حین جراحی و همچنین در نظر گرفتن اثر FLE با استفاده از نسبت دادن وزن هایی به جفت نقاط متناظر در الگوریتم انطباق، بهبود 45 درصدی در خطای TRE حاصل شد.
جراحی رباتیک
محدثه یاریان؛ مهیار نراقی؛ سید مهدی رضاعی؛ محمد زارعی‌نژاد؛ حامد غفاری راد
دوره 6، شماره 4 ، اسفند 1391، ، صفحه 287-297
چکیده
در این مقاله روش جدیدی برای کنترل سیستم‌های جراحی رباتیک از راه دور دوجانبه با بازوی انعطاف‌پذیر جراح ارائه شده است. در این راستا، ساختار دوگانه‌ای از کنترل‌های پس‌خوراند و پیش‌خوراند برای بازوی پیرو انعطاف‌پذیر پیشنهاد شدهاست. این روش، توانایی روش شکل‌دهنده ورودی به عنوان کنترل پیش‌خوراند را برای کاهش ارتعاشات انتهای بازو ...
بیشتر
در این مقاله روش جدیدی برای کنترل سیستم‌های جراحی رباتیک از راه دور دوجانبه با بازوی انعطاف‌پذیر جراح ارائه شده است. در این راستا، ساختار دوگانه‌ای از کنترل‌های پس‌خوراند و پیش‌خوراند برای بازوی پیرو انعطاف‌پذیر پیشنهاد شدهاست. این روش، توانایی روش شکل‌دهنده ورودی به عنوان کنترل پیش‌خوراند را برای کاهش ارتعاشات انتهای بازو و کنترل پس‌خوراند بر اساس کنترلکننده تناسبی- مشتقی مجتمع را برای کنترل حرکت صلب سیستم با هم میآمیزد. در این مقاله برای اولین بار، پایداری شکل‌دهنده ورودی در حلقه بسته کنترلی برای سیستم‌های غیرخطی بررسی شد. شرایط پایداری کلی سیستم با وجود تأخیر زمانی ثابت در کانالهای ارتباطی با استفاده از روش لیاپانوف استخراج شده است. به سبب استقلال از پارامترهای سیستم، ترکیب کنترلی معرفیشده به پایداری مقاوم نسبت به عدم قطعیت پارامتری منتج شده است. به علاوه، با شکلدهی به فرمان ارسالی راهبر به پیرو، عمل‌کرد ردیابی درحضور انعطافپذیری بهبود یافت. تأثیرگذاری چهارچوب پیشنهادی از نظر قابلیت همزمان تعقیب ورودی، کاهش ارتعاشات و ارزیابی بررسیهای تئوری، با شبیهسازیهای متعدد ارزیابی شد.
