30444

بررسي و شبيه‌سازي تغييرشكل ميكروربات هوشمند مغناطيسي و اثرات تعامل آن با محيط رگ

كارشناسي ارشد

بيومكانيك

1400

1402/9/5

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مكانيك

چكيده يكي از موارد مهم استفاده‌ي ميكروربات‌ها در زمينه‌ي پزشكي، فرآيند ترميم آنوريسم درون‌عروقي است. ساختار منعطف و اندازه‌ي كوچك ميكروربات‌هاي مغناطيسي سبب برتري آن‌ها در جراحي‌هاي آنوريسم درون عروقي، مي‌شود. اگرچه حضور ميكروربات در رگ، عروق و اندام‌هاي جانبي را به ويژه زماني كه بيمار مشخصات آناتوميكي نامطلوبي دارد، تحت تاثير قرار مي‌دهد. اين تغيير هندسه ايجاد شده يكي از عوامل اصلي عوارض حين و بعد از عمل جراحي ‌است. بنابراين مدلسازي و شبيه‌سازي تغيير شكل ميكروربات به علت تماس مستقيم با عروق هنگام جراحي و اثرات تعاملي آن بر محيط رگ، يكي از چالش‌هاي استفاده از ميكروربات‌هاي پزشكي محسوب مي‌شود. در اين مقاله ميدان مغناطيسي25 ميلي تسلا به نيروي متمركز0.0157 نيوتني و نيروي توزيع شده معادل آن تبديل شده و سپس مقدار تغيير شكل ميكروربات هوشمند مغناطيسي تحت ميدان‌هاي معادل، مورد بررسي قرار گرفته‌است. در مطالعات گذشته صرفا خم شدن ميكروربات در حالتي كه يك سر ميكروربات مقيد است، شبيه‌سازي شده‌است. همچنين در دسته‌ي ديگري از تحقيقات، فقط حضور لخته درون رگ بدون برخورد ميكروربات نشان داده شده‌است. اين در حالي است كه در شبيه‌سازي‌هاي موجود در اين مقاله حضور انواع هندسه لخته كلسترول درون رگ، حركت منتهي به برخورد لخته و ميكروربات و برداشت آن بررسي شده است. براي مثال جابه‌جايي ايجاد شده در لخته پس از برخورد با ميكروربات 5×10^(-4) ميليمتر بدست آمده‌است. سپس مطالعه پارامتريك روي مشخصات فيزيكي و مكانيكي لخته و رگ انجام شده‌است. با استفاده از شبيه‌سازي پارامتريك مي توان دريافت كه مهم ترين متغيير در بين چهار متغيير مطالعه شده قطر رگ است. با تغيير قطر رگ ميزان جا به جايي و تنش ايجاد شده در لخته بعد از برخورد، به صورت چشم گيرتري تغيير مي كند. شبيه‌سازي برداشت لخته درون رگ توسط ميكروربات قبل از انجام جراحي ديد بهتري به پزشك معالج داده و با ارائه مقدار دقيق نيروي اعمالي به ميكروربات براي برداشت هر لخته مشخص درون رگ معلوم، مي‌تواند از خطرات حين و پس از جراحي بكاهد.

1402/11/18

Modeling and Simulation of Smart Magnetic Microrobot Deformation and Its Interaction with the Blood Vessel Environment

11/25/2024 12:00:00 AM

The utilization of microrobots in the field of medicine has been a significant development, particularly in the process of endovascular aneurysms repair. The magnetic microrobot’s flexible structure and its small size make them superior in endovascular aneurysm repair EVAR surgeries. However, the presence of microrobots in the vessel can affect peripheral vessels and organs, especially when the patient has complex anatomical characteristics. This change in geometry is a primary cause of complications during and after surgery. Therefore, modeling and simulation of microrobot deformation due to direct contact with vessels during surgery and its interactive effects on the vessel environment present a challenge in using medical microrobots. This paper investigates the amount of deformation of the smart magnetic microrobot under equivalent fields by converting the magnetic field of 25 MT into a concentrated force of 0.0157 N and its equivalent distributed force. Previous studies have only simulated the bending of the microrobot in the state where one head of the microrobot is bound, while others have only shown the presence of a clot inside the vessel without the impact of the microrobot. In contrast, this study investigates various geometries of the cholesterol clot inside the vessel, the movement leading to the collision of the clot and the microrobot, and its removal. Additionally, a parametric study has been done on physical and mechanical characteristics of clot and vessel, changing four different parameters of the simulation. Which includes blood vessel diameter, clot thickness, young modules and density. The simulations reveal that vessel diameter is the most important variable among the four studied variables, as changing it dramatically affects the amount of displacement and tension created in the clot after impact. the displacement created in the clot after interaction with the microrobot is 5×10^(-4)mm. The simulation of removing a blood clot in a vein by a microrobot provides doctors with a better view before surgery and reduces risks during and after surgery by providing an exact amount of applied force to remove any specific blood clot in a known vein.

تغيير شكل ميكروربات , ميكروربات هوشمند , تغيير شكل عروق , برداشت لخته

Deformation of microrobot , smart microrobot , deformation of blood vessels , clot removal

maryam heibatian

dr. moharram habibnejad korayem