HİDRODİNAMİK KAVİTASYONA DAYALI BİYOMEDİKAL UYGULAMALAR İÇİN SİSTOSKOP TABANLI MİKROMANİPÜLATÖR TASARIMI VE GELİŞTİRİLMESİ

   Minimal invaziv cerrahisi, açık ameliyatlarda hasta vücuduna açılan büyük kesiler yerine küçük kesilerden müdahale etme yöntemidir. Bu bildiride minimal invaziv yönteminin ürogenital sistem üzerinde kullanılmasını sağlayan sistoskopun tasarımı, deney düzeneği ve doğrulaması sunulmaktadır. Geliştirilen sistoskop, mesaneye düşen böbrek taşlarının vücuttan atılmak üzere yüzeyinin deforme edilmesi ve prostat bölgesinin küçültülmesini amaçlamaktadır. Bu işlem, sistoskop üzerinde bulunan hidrodinamik kavitasyon tüpünün hedef bölgeye yönlendirilmesiyle gerçekleştirilmektedir. Sistoskop üzerinde, bükülebilir uç işlevcinin Stewart platformu tarafından manipüle edilmesini sağlayan paslanmaz çelik halatlar, görüntülemeyi ve ışıklandırmayı sağlayan 2mm çaplı kamera ve aydınlatma sistemi ile müdahaleyi sağlayan hidrodinamik kavitasyon tüpünün yerleştirileceği çalışma kanalı bulunmakta olup sistemin toplam çapı 10mm’dir. Geliştirilen sistoskop, 2 serbestlik dereceli bükülebilir bir uç işlevciye sahiptir. Uç işlevci, iki serbestlik derecesinde ±40o aralığında bükülebilmektedir. Sistemin 3 boyutlu (3B) yazıcı ile ara prototipleri oluşturulmuş ve son prototipi DMLS (Direct Metal Laser Sintering) yöntemi ile metal tozlarından üretilmiştir. Üretilen son prototipin uç işlevci konumu görüntü işleme yöntemiyle bulunmuştur.

DESIGN AND DEVELOPMENT OF SYSTOSCOPE MICROMANIPULATOR FOR HYDRODYNAMIC CAVITATION BASED BIOMEDICAL APPLICATIONS

   Minimally invasive surgery is a method of intervening in small openings rather than large openings to the patient's body during open surgery. In this paper, the design of the cystoscope, the experimental setup and the validation of the minimally invasive method for the urogenital system are presented. The developed cystoscope aims to abrade surface of kidney stones in the abdomen to be removed from the body and to minimize the prostate area. This is accomplished by directing the hydrodynamic cavitation tube on the cystoscope to the target region. The developed cystoscope has stainless steel ropes that can be manipulated by the Stewart platform and a flexible tip that the ropes control. In addition, there is a working channel to place the hydrodynamic cavitation tube, which provides intervention with a 2mm diameter camera and lighting system for investigation. The total diameter of the system is 10mm. The developed cystoscope has a bendable end function with 2 degrees of freedom. The end-tip can be twisted at ±40o in two degrees of freedom. Intermediate prototypes of the system were created with a 3-dimensional (3B) printer and the final prototype was produced from metal powders by DMLS (Direct Metal Laser Sintering) method. The end-tip position of the last prototype produced was found by image processing methods.

___

  • [1] LACY, A. M., GARCÍA-VALDECASAS, J. C., DELGADO, S., CASTELLS, A., TAURÁ, P., PİQUÉ, J. M., & VİSA, J. “Laparoscopy-assisted colectomy versus open colectomy for treatment of non-metastatic colon cancer: a randomised trial” The Lancet, 359, 2224-2229, 2002.
  • [2] DENHOLM, S. W., CONN, I. G., NEWSAM, J. E., & CHİSHOLM, G. D. “Morbidity following cystoscopy: comparison of flexible and rigid techniques”, British journal of urology, 66, 152-154, 1990.
  • [3] KATO, T., OKUMURA, I., SONG, S. E., GOLBY, A. J., & HATA, N. “Tendon-driven continuum robot for endoscopic surgery: preclinical development and validation of a tension propagation model”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 20, 2252-2263, 2015.
  • [4] LEİ, MAN-CHEONG, AND RUXU DU. "A study on the bending mechanism of the flexible ureteroscope", IEEE International Conference on Control Automation and Systems (ICCAS), 2019-2023, Gyeonggi-do, Korea, , 2010.
  • [5] SENECİ, C. A., SHANG, J., LEİBRANDT, K., VİTİELLO, V., PATEL, N., DARZİ, A., YANG, G. Z., “Design and evaluation of a novel flexible robot for transluminal and endoluminal surgery”, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 1314-1321, Chicago,USA, 2014.
  • [6] MAEDA, S., ABE, K., YAMAMOTO, K., TOHYAMA, O., & ITO, H. “Active endoscope with SMA (shape memory alloy) coil springs”, IEEE Proceedings of Ninth International Workshop on Micro Electromechanical Systems, 290-295, San Diego, USA, 1996.
  • [7] DE SARS, V., HALİYO, S., & SZEWCZYK, J. “A practical approach to the design and control of active endoscopes”, Mechatronics, 20, 251-264, 2010.
  • [8] PERK, O. Y., ŞEŞEN, M., GOZUACİK, D., & KOŞAR, A., “Kidney stone erosion by micro scale hydrodynamic cavitation and consequent kidney stone treatment”, Annals of Biomedical Engineering, 40, 1895-1902, 2012.
  • [9] GHOBANİ, M., YİLDİZ, M., GOZUACİK, D., & KOSAR, A., “Cavitating nozzle flows in micro-and minichannels under the effect of turbulence”, Journal of Mechanical Science and Technology, 30, 2565-2581, 2016.
  • [10] Lİ, Z., VE DU, R., “Design and analysis of a bio-inspired wire-driven multi-section flexible robot”, International Journal of Advanced Robotic Systems, 10, 209, 2013.
  • [11] SUZUMORİ, K., IİKURA, S., TANAKA, H., “Development of Flexible Microactuator and Its Applications to Robotic Mechanisms”, IEEE International Conference on Robotics and Automation, 1622‐1627, Sacramento, Califonia, 1991.
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi-Cover
  • ISSN: 2564-6605
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2017
  • Yayıncı: Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi