28446

شناسايي لرزش دست و به حداقل رساندن خطاي ناشي از آن با استفاده از سنسور ليپ موشن در راه اندازي ربات جراح

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1398

1401/7/30

محرم حبيب نژاد كورايم

مهندسي مكانيك

با پيدايش روش جراحي لاپاروسكپيك، تحول بزرگي در جراحي ايجاد شد و به دليل مزاياي بزرگي كه داشت، اعم از درد كمتر و بهبود سريع‌تر، به سرعت مورد توجه قرار گرفت. البته اين روش نقايصي هم داشت كه اساسي‌ترين آن‌ها قرار دادن جراح به مدتي طولاني در وضعيتي غيرارگونوميك بر بالين بيمار بود. پس از عملياتي شدن اين نوع از جراحي، ايده‌ي حضور ربات‌هاي جراح در اتاق عمل توانست بسياري از مشكلات لاپاروسكپي را برطرف كرده و مزايايي از جمله جراحي از راه دور را نيز فراهم كند. در ادامه يك رابط كاربري مناسب به نام سنسور ليپ موشن براي فراهم كردن امكان كنترل دقيق ربات جراح توسط پزشك معرفي شد. اين سنسور به دليل عدم نياز به تماس مستقيم فيزيكي گزينه‌اي بسيار مناسب براي استفاده در محيط‌هاي استريل مانند اتاق عمل است. علاوه بر اين سنسور ليپ موشن به دليل قيمت ارزان، قابليت حمل آسان، دقت بالا و سادگي استفاده از آن، جايگزين بسيار مناسبي براي رابط‌هاي كاربري ديگر و مناسب جهت استفاده در محيط‌هاي آموزشي مي‌باشد. همچنين در جراحي هاي ميكروجراحي دست انسان محدوديت هاي زيادي دارد كه در ربات اين محدوديت ها به حداقل مي رسند. ليكن هر اشتباه در حركت دست باعث سخت تر شدن جراحي و هر لرزش دست باعث ايجاد تغييرات در روند جراحي مي شود. با استفاده از روش هاي مختلف مي توان خطاهاي ناشي از سنسور و دست جراح را در آموزش جراحي به منظور عمل جراحي لاپاراسكوپيك به حداقل رساند. هدف از اين پايان نامه به حداقل رساندن خطاهاي ناشي از سنسور ليپ موشن از قبيل تاخير، نويز، اغتشاش و خطاهاي دست جراح، از قبيل لرزش دست با استفاده از ديتا پروسسينگ مي باشد. در اين پايان نامه، ابتدا با استفاده از سنسور ليپ موشن لرزش هاي موجود در دست از جمله لرزش فيزيولوژيك و لرزش در اثر خستگي را شناسايي كرده سپس با روش هاي مختلف از جمله تبديل فوريه سريع و عكس آن، تبديل موجك و تجزيه مود ذاتي اقدام به حذف لرزش كرديم. دست جراح در عمل هاي جراحي طولاني مدت دچار خستگي شده و سبب لرزش دست مي شود. لرزش دست ناشي از خستگي (FIT) يك پديده اجتناب ناپذير است كه به طور قابل ملاحظه اي باعث كاهش دقت جراحي در جراحي هاي لاپاروسكوپي طولاني مدت مي شود. فيلتر كردن حركت مورد نظر از لرزش يك كار چالش برانگيز است زيرا خواص لرزش با افزايش سطح خستگي عضلاني تغيير مي كند. لرزش دست ناشي از خستگي عضلاني داراي ويژگي هاي غيرخطي و غير ثابت است كه نياز به يك استراتژي فيلتر متفاوت از فيلترهاي معمولي دارد. فيلترهاي مبتني بر تجزيه حالت تجربي (EMD) در گذشته اخير به دليل افزايش قابليت كنترل سيگنال غيرخطي محبوب شده اند. استراتژي فيلترينگ مبتني بر EMD ماهيت تطبيقي ذاتي دارد. در اين مقاله، با كمك EMD و تجزيه و تحليل ويژگي‌هاي توزيع احتمال توابع حالت ذاتي (IMF) به حداقل رساندن خطاي ناشي از لرزش دست با استفاده از سنسور ليپ موشن در راه اندازي ربات جراح پرداخته‌ايم. يك اندازه گيري عدم تقارن توزيع اصلاح شده براي يافتن آستانه IMF براي بازسازي حركت بدون لرزش در سطوح مختلف خستگي به كار گرفته شد. به منظور يافتن استحكام تكنيك پيشنهادي، استراتژي جبران به طور گسترده بر روي سيگنال مصنوعي و سيگنال هاي تجربي به دست آمده آزمايش شده است. علي‌رغم ويژگي‌هاي متغير با زمان لرزش، استراتژي فيلتر پيشنهادي كارايي آن را براي كاهش اثر لرزش كه با تكنيك‌هاي فيلتر قطع ثابت مرسوم امكان‌پذير نبود، اثبات مي‌كند.

1402/04/03

Detection of hand vibration and minimization of the resulting error using a leap motion sensor in setting up a surgeon robot

10/22/2023 12:00:00 AM

With the advent of laparoscopic surgery, a significant revolution in surgery was made, and it quickly gained attention due to its significant advantages, including less pain and faster recovery. Of course, this method also has defects, the most basic of which was placing the surgeon in an unergonomic position on the patient's bed for a long time. After the operation of this type of surgery, the idea of the presence of surgeon robots in the operating room solved many problems of laparoscopy and provided advantages such as remote surgery. Next, introduced a suitable user interface named the leap motion sensor to give the doctor the possibility of precise control of the surgeon robot. Due to the lack of direct physical contact, this sensor is a suitable option for use in sterile environments such as the operating room. In addition, due to its low price, easy portability, high accuracy, and simplicity of use, the leap motion sensor is a very suitable alternative to other user interfaces and ideal for use in educational environments. Also, in microsurgical surgeries, the human hand has many limitations, which are minimized in the robot. But every mistake in the writing movement makes the surgery more complex, and every hand tremor causes changes in the surgical process. Different methods can minimize the errors caused by the sensor and the surgeon’s hand in surgical training for laparoscopic surgery. This thesis aims to reduce the errors caused by the leap motion sensor, such as delay, noise, disturbance, and surgeon's hand errors, such as hand tremors, using data processing.

جراحي لاپاروسكپي , حسگر ليپ موشن , فيلتر لرزش دست , تجزيه و تحليل حالت تجربي

Laparoscopic surgery , Leap motion sensor , Hand tremor filter , empirical mode decomposition

adel najafinejad

Dr. moharam habibnejad korayem