مشروع تخرج

عمر الصنوي


ملخص :

يحتوي البحث التالي على التصميم الأولي لنظام الإحساس بالملمس المستخدم في معدات الــ Minimally Invasive Surgery (MIS) . حيث يسبب نقص الإحساس في هذه المعدات محدودية الجراح في فحص و جس الأعضاء الداخلية عند المريض .
يعتمد مبدأ هذا التصميم على وجود مصفوفة من الحساسات البيزوكهربائية piezoelectric sensor array المتصلة مع طرف الجهاز الداخلي لتنقل معلومات عن شكل وقساوة الأعضاء الداخلية عند المريض إلى أصابع الجراح .
تكون أبعاد مصفوفة الحساسات البيزوكهربائية حوالي 24mm x 8mm و تحتوي على 30 حساس بيزوكهربائي ,في حين أن أداة عرض اللمس tactile display المتصلة مع أصابع الجراح تحتوي على 30 micro motors بأبعاد 32mm x 18mm x 45mm .

مقدمة :

تعتبر تقنية Minimally Invasive Surgery (MIS) واحدة من أهم التقنيات التي دخلت مجال الجراحة الحديثة من أوسع أبوابها . ففي هذه التقنية يتم إدخال أدوات الجراحة مع الكاميرا إلى داخل جسم المريض عبر شق صغير , و بالتالي لا يتم شق مناطق واسعة من جسم المريض كما في الجراحة التقليدية , مما ينتج عنه آلام أقل للمريض و شفاء أسرع دون أي خوف من تشكل أورام ناتجة عن الجراحة . لكن من سلبيات هذا النظام سابقاً هي أن الإحساس بملمس الأعضاء الداخلية للمريض لا ينتقل إلى الجراح و بالتالي لا يستطيع الجراح الشعور بخصائص النسج الداخلية و بالتالي لا يستطيع تحديد بعض المعلومات الهامة كأماكن الأورام مثلاً . أما عند استخدام هذا النظام يستطيع الجراح تمييز الأورام عن النسج السليمة و ذلك لأن هذا النظام ينقل معلومات عن قساوة النسج المتورمة و أبعادها و موضعها . لذلك كان لابد من تطوير تقنية الإحساس باللمس للتخلص من هذه المشكلة .



إن حساسات اللمس تنقل معلومات عن ملمس و ضغط و اهتزاز الجسم الملامس لها إلى أداة عرض اللمس tactile display التي تحرض الجلد على توليد إحساسات اللمس المطلوبة .

مصفوفة حساسات اللمس Tactile Sensor Array :

مبدأ عملها :

هي عبارة عن حساسات بيزوكهربائية مكونة من كريستالات خاصة تنتج كمون عند تطبيق ضغط ميكانيكي عليها . تم تغطية هذه الحساسات بطبقة من السليكون تؤمن ترشيح الترددات المنخفضة و تحسن المقاومة الميكانيكية .
تتكون هذه الحساسات من المادة Pz27 (Ferroperm Piezoceramics A/S) المحاطة بالمادة الناعمة PZT الملائمة للاستخدامات الطبية بفضل معاملاتها الميكانيكية و الحرارية المنخفضة و التي تؤمن وثوقية في نقل المعلومات إلى الحساس البيزوكهربائي Pz27 و نعومة عند ملامستها للأعضاء الداخلية عند المريض .

تصميمها :



يجب تثبيت الحساسات كما في الشكل أعلاه , تم تجريب المواد اللاصقة لكنها لم تعط نتائج مرضية , لذلك استخدم اللحام لهذه الغاية.
في البداية يتم تلحيم هذه الحساسات على لوح دارة تقليدي بواسطة مواد اللحام التقليدية ( القصدير ) , ثم يتم تلحيم صفيحة نحاسية على مقبض منظار البطن Olympus 10 mm Laparoscopic بواسطة مواد خاصة للتلحيم على سطوح الألمنيوم و الستيل عند درجة انصهار 215 . حيث تعمل هذه الصفيحة كأرضي مشترك للحساسات البيزوكهربائية .
يتم وصل دارة الحساسات مع دارة للتضخيم و الترشيح , ليتم فيما بعد إدخال الإشارات المقتبسة إلى الحاسب ( برنامج الماتلاب ) حيث تتم معالجتها .

عرض الملمس Tactile Display :

مبدأ عملها :

لعرض الملمس على أصابع الجراح تم استخدام Servomotors 36 من النوع SLB-06H1PG79 مصنعة من قبل الشركة Namiki Precision Jewels CO.LTD بارتفاع 11.9 cm و طول 7.6 cm . يوضح الشكل التالي هذه الموتورات :

تم تقليل : 95% من الحجم الأصلي للصورة[ 534 x 234 ] - إضغط هنا لعرض الصورة بحجمها الأصلي

كما تم الإشارة سابقاً , فإن أداة عرض الملمس تتكون من 30 موتور , تأخذ الأبعاد 32 X 18 X 45 mm .


المايكروموتور مقارونة بقطعة نقدية


تصميمها :



إن كل ثقب في أداة عرض الملمس يأخذ شكل اسطواني مصمم خصيصاً لاستيعاب موتور واحد . و من التحديات عند تصميم أداة عرض الملمس هي الحفاظ على الاستقرار الميكانيكي دون تسبيب أي ضرر بأداة نقل الحركة الــ gear , و التي تكون محفوظة بالبلاستيك . و من المشاكل الأخرى هي
الخوف من انفصال الموتور عن الــ gear في حالة عدم التثبيت الجيد , لذلك كان التصميم الداخلي للثقوب متغير الأقطار بالشكل الذي يضمن عدم انفصال الموتور عن الــ gear دون تطبيق ضغط خارجي . ثم تتم إضافة السليكون المطاطي على أداة عرض الملمس و الذي يضمن الاستقرار أيضاً .


دارة القيادة :

إن دارة القيادة المستخدمة لتشغيل الموتورات هي SSD04 المقدمة من شركة Namiki و الموضحة بالصورة التالية :



عند دوران المحرك يقوم ناقل الحركة الــ gear بتحريك محور shaft الذي يقوم بدوره بتحريك رأس عنصر نقل الملمس و المسمى top و الموضح بالشكل التالي :



إن ارتفاع رأس عنصر نقل الملمس top يحدد بقيمة الإشارة الكهربائية المقدمة للمحرك و ذلك بهدف الحصول على مقدار الضغط المطلوب .




في هذا البحث تدخل الإشارات الكهربائية الصادرة عن الحساسات البيزوكهربائية داخل جسم المريض إلى برنامج الماتلاب الذي يحدد قيم الضغوط و يرسل أوامره بتطبيق الضغوط المطلوبة من المحركات الملامسة لأصابع الجراح...و يمكن التعبير عن الضغوط التي تطبقها المحركات على أصابع الجراح برسوم بيانية كالرسم التالي, حيث يعبر ارتفاع كل عمود عن شدة الضغط المطبق من قبل المحرك المقابل له على يد الجراح .



في المستقبل يمكن أن يتم وضع 4 صفوف من المحركات في كل صف 8 محركات بدلاً من وضع 3 صفوف في كل صف 10 محركات و ذلك لتزويد الجراح بمجال إحساس أعرض . كما من الممكن أن يتم استخدام محركات و حساسات أصغر