ربات فعال ساز نامبرده شده به منظور ايجاد ابزار جراحي لاپاروسكوپي‌ مچ‌دار رباتيك طراحي شده است. زمينه كاربرد اين ربات در جراحي رباتيك و جراحي از راه دور مي باشد. در حال حاضر در سامانه جراحي رباتيك كه در كشور ساخته شده است از ابزار هاي بدون مچ استفاده مي شود حال آنكه يكي از مزاياي جراحي رباتيك افزايش مانور جراحي لاپاروسكوپي با استفاده از ابزار هاي مچ‌دار مي باشد. ربات فعال ساز ساخته شده با فعال سازي ابزار مچ دار دستي زمينه به كارگيري ابزار مچ دار در سامانه جراحي موجود در كشور را فراهم آورده است. اين سيستم رباتيك – ربات فعال ساز فرمانبر- ابزار لاپاروسكوپي مچ‌دار دستي را در برگرفته و با توجه به فرمان پزشك كه از طريق يك سيستم راهبر به آن ديكته مي شود مچ ابزار را با حركت دادن دسته ابزار حركت مي دهد. اين سيستم براي اولين بار در كشور طراحي و ساخته مي شود. ربات فعال ساز ساخته شده دو درجه آزادي پيچ و ياو ابزار را حركت مي دهد و همچنين عملگر ابزار( گرسپر، نگهدارنده سوزن، قيچي،......) را به صورت رباتيك فعال مي كند. مكانيزم‌هاي متنوعي براي هركدام از درجات آزادي بررسي شده و با توجه به معيارهايي از قبيل سبكي، كم حجمي، سادگي ساخت و هزينه‌ي پايين مكانيزم مناسب انتخاب شده است.

ابزار جراحي اشاره شده در اين اختراع به منظور ايجاد امكان انتقال حس لامسه مصنوعي به جراح در جراحي لاپاروسكوپي طراحي شده است. اين ابزار در جراحي لاپاراسكوپي به صورت يكپارچه و تنها از طريق يك راهگاه 10mm وارد شكم بيمار شده و در آنجا بافت هاي حجيم را در خود گرفته و آنها را فشرده مي نمايد تا بتواند نمودار نيرو-جابه جايي بافت را استخراج نمايد. اين ابزار در حين اين‌كه براي اولين بار در كشور طراحي و ساخته مي‌شود با داشتن قابليت‌هايي از قبيل توانايي اندازه‌گيري نيرو در نزديكي نقطه تماس ابزار با بافت و همچنين حفظ نقطه تماس ابزار با بافت در حين فشرده كردن آن، به عنوان يك نوآوري در عرصه‌ي جهاني نيز مطرح مي‌باشد. ابزار از يك درجه آزادي برخوردار بوده و مكانيزم پنجه آن به صورتي انتخاب شده است تا 1- فك هاي ابزار به صورت موازي با هم حركت نمايند. 2-فك هاي ابزار تنها حركت خالص عمودي داشته باشند. 3-ابزار نيازي به مونتاژ در داخل شكم نداشته باشد. 4-ابزار توانايي گرفتن بافت ها تا قطر 4cm را دارا باشد. همچنين ابعاد مكانيزم با توجه به تحليل هاي سينماتيكي و ديناميكي به صورت بهينه انتخاب شده اند تا نيروي عملگر در ابزار كمينه گردد. طرح نهايي سبك و كم هزينه بوده و قابليت فشردن ارگان‌هاي حجيم و نيز قابليت اندازه‌گيري نيروهاي بين بافت و ابزار را داراست. مزاياي اختراع انجام شده عبارتند از: 1-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tانتقال حس لامسه مصنوعي به جراح در جراحي لاپاراسكوپي 2-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tامكان گرفتن بافت هاي داخل شكم تا قطر 4cm 3-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tوجود حسگرهاي نيرويي در قسمت پنجه ابزار 4-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tوجود حركت خالص عمودي در فك ها و در نتيجه حفظ نقطه تماس ابزار با بافت در طول فشار دادن آن و در نهايت امكان استخراج داده هاي معتبر 5-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tوجود نيروهاي اصطكاكي پايين در ابزار و در نتيجه كاهش خطا در استخراج داده ها 6-\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\tسبك و كم هزينه، نسبت به ابزارهايي كه تا به حال براي سختي سنجي بافت ها مورد استفاده قرار گرفته اند. با ساخت اين گرسپر امكان انتقال حس لامسه مصنوعي به جراح در جراحي لاپاراسكوپي فراهم خواهد شد. با محقق شدن اين رويه، در تمامي جراحي هاي لاپاراسكوپي جراح مي تواند از اين ابزار براي تشخيص وجود و يا عدم وجود بيماري در بافت هاي داخلي استفاده نمايد. اين ابزار باعث از بين رفتن يكي از بزرگترين محدوديت هاي جراحي لاپاراسكوپي خواهد شد. اين ابزار موجب مي گردد تا امكانات جراح در اين نوع جراحي افزايش يافته و در نتيجه تعداد جراحي هايي كه به صورت لاپاراسكوپي صورت مي گيرد افزايش يابد. اين موضوع هم به سود پزشكان و هم به نفع بيماران خواهد بود.

اين اختراع يك پروتز هيدروليكي مچ-پنجه پا با قابليت تطبيق با سطوح شيبدار مي‌باشد و به صورت كلي متعلق به حوزه مهندسي توانبخشي (پروتز پا) است. اين پروتز داراي بلوك هيدروليكي مي‌باشد كه روي يك پنجه كربن فايبري لولا شده است و توانايي چرخش محدود پروتز در جهت دروسي و پلانتار فلكشن (حركت پنجه به سمت بالا و پايين) را به فرد قطع عضو مي‌دهد. محل محور دوران بلوك روي پنجه به تقليد از مچ پاي طبيعي و با استفاده از داده‌هاي آنتروپومتريك انتخاب شده است. پنجه‌هاي كربن فايبري معمول در مقابل سطوح مختلف (شيبدار وسنگي) تنها رفتار الاستيك از خود نشان مي‌دهند، اما پروتز هيدروليكي مانند مچ پاي طبيعي در مقابل تغيير سطح رفتار ويسكوالاستيك دارد و مي‌تواند خود را با سطح شيبدار تطبيق دهد. داخل بلوك هيدروليكي سيلندري تعبيه شده است كه داخل آن پيستون به صورت خطي حركت مي‌كند. پيستون توسط يك لينك به پنجه كربني متصل مي‌شود. تركيب بلوك هيدروليكي، پيستون، لينك و پنجه كربني مكانيزم 4 ميله‌اي را تشكيل مي‌دهد كه تضمين كننده حركت خطي پيستون داخل سيلندر مي‌باشد. بلوك هيدروليكي داراي دو شير كنترل دبي به منظور تنظيم ضريب دمپينگ حركت (رفتار ويسكوز) در جهت دورسي و پلانتار فلكشن به صورت مستقل مي‌باشد.

نوآوري حاضر، ارتز والگوس زانو با مفصل جديد داراي دو درجه آزادي حركت در صفحات ساژيتال و ترنسورس مي¬باشد. به اينصورت كه با انجام حركات فلكشن و اكستنشن زانو بر اساس ميزان چرخش فمور روي تيبيا در زنجيره حركتي بسته، و يا چرخش تيبيا روي فمور در زنجيره حركتي باز، محدوديت ايجاد نمي كند و مانع از حركت چرخشي طبيعي مفصل نمي گردد. با استفاده از اين ارتز توسط بيماران، حركات زانو به شكل روان و بدون گير افتادگي مفصل آناتوميكي زانو و به شكل كاملاً هموار متناسب با حركات مفصل آناتوميكي دنبال مي شود. طراحي اين مفصل به گونه¬اي است كه علاوه بر داشتن حركت مجزا در دو صفحه ساژيتال و ترنسورس داراي حجم و اندازه و وزن نسبتاً كمي بوده و در عين حال از مقاومت قابل قبولي در برابر نيروهاي اعمال شده از سوي عضلات و عناصر بافت نرم برخوردار است.

خلاصه اي از توصيف اختراع هدف از انجام اين پروژه طراحي، ساخت و كنترل يك گريپر براي جراحي ارگانهاي حجيم با قابليت بازخورد نيرو بوده است كه بتواند بطور مناسب و با تعداد درجات آزادي لازم حركات جراح را ثبت كره و با انعكاس نيرو حس لامسه را ايجاد كند، و در نهايت به منظور جراحي از راه دور بكارگرفته شود. گريپر فوق داراي ٢ درجه آزادي بوده و درجات آزادي رول و بازو بسته شدن عملگرنهايي را شامل مي شود و محدوده فضاي كاري لازم براي جراح را پوشش مي دهد. مزاياي اختراع انجام شده عبارتند از: ١ - طراحي و ساخت گريپر هپتيك براي جراحي ارگانهاي حجيم ٢ - فراهم كردن دو درجه آزادي براي حركت دست جراح هنگام انجام جراحي از راه دور ٣ - ايجاد حس لامسه براي جراح 4- قابليت گرفتن ارگانهاي حجيم هنگام انجام جراحي از راه دور ۵- مقاومت و ضريب ايمني بالا در مقابل نير وهاي وارده از طرف دست جراح در اختيار نبودن اطلاعات كافي براي جراح در جراحي حداقل تهاجم و محدوديت هايي نظير كاهش درجات آزادي جراح، زمينه تحقيقاتي مناسبي را براي ه مهندسين ايجاد كرده است تا سامانه هاي هوشمند و كارامدي را براي همكاري با جراح و بهبود كيفيت جراحي حداقل تهاجم ارائه كنند. پروژه حاضر يكي از بخش هاي اصلي پروژه بزرگ ايجاد يك سامانه جراحي رباتيك شامل ربات راهبر، ربات پيرو و نگهدارنده دوربين مي باشد. گريپر ربات راهبر قسمتي است كه در ارتباط مستقيم با جراح است و واقع واسطه اي است گه حركات و تصميم گيري هاي جراح را ثبت كرده و به ربات پيرو منتقل مي كند. يكي از مشكلات اساسي در جراحي حداقل تهاجم، خستگي جراح و پيچيدگي هاي ذهني است كه جراح در حين عمل با آنها مواجه است و ربات راهبر اين امكان را به جراح مي دهد كه درشرايط ارگونوميكي مناسب و بصررت نشسته هدايت ربات را در دست گيرد و بدون پيچيدگي هاي گذشته به جراحي بپردازد ويژگي مهم اين پروژه كه آن را از سامانه هاي جراحي رباتيكي نظير داوينچي نيز متمايز مي كند قابليت بازتاب نيرو و ارانه حس لامسه است كه براي جراحان بسيار اهميت دارد. نكته مهم ديگري كه بايد به آن توجه داشت اين است كه چنين سامانه هاي جراحي رباتيكي مي توانند امكان جراحي از راه دور را نيز فراهم آورند به اين ترتيب كه هنگا مي كه دسترسي به جراح وجود ندارد براي مثال در شرايط جنگي، جراح مي تواند از راه دور و از مكاني امن جراحي را انجام دهد

كاربرد فناوري هاي پيشرفته از جمله جراحي رباتيك در زمينه هاي مختلف جراحي و بخصوص جراحي با حداقل تهاجم MIS به سرعت رو به گسترش است يكي از متداولترين اين كاربردها استفاده از ربات كمك جراح به منظور نگهداري و هدايت لاپاروسكوپ در جراحي لاپاروسكوپي است كه براساس گزارشها سبب افزايش دقت و سرعت عمل هاي جراحي كاهش مشكلات ناشي از عدم هماهنگي كمكها با جراح افزايش تعداد پرسنل اتاق عمل ، خستگي جراح و كمك جراح لرزش تصويرو و ... مي گردد. هدف از اين اختراع طراحي و ساخت رباتي بوده است كه با رفع مشكلات ربات روبولنز (حجم زياد ربات (اشغال فضاي زياد در اتاق عمل)، نداشتن برنامه ي شي ء گرا و گرافيكي ، نداشتن Visual Interface نداشتن سيستم كنترلي تعقيب هوشمند ابزار بدون دخالت جراح، كليه ي نيازهاي جراح در عمل لاپاروسكوپي از طريق كنترل هوشمند ابزار جراحي را برطرف نمايد. مزاياي اختراع انجام شده عبارتند از: 1- حذف كامل كمك جراح كه مسئول نگهداري و هدايت لاپاروسكوپ طبق فرمان جراح است. 2- كار با نرم افزار شي گرا و گرافيكي مدون تحت فرمان صفحه ي نمايش لمسي. 3- ارائه ي 3 روش كنترلي دستگاه به منظور هدايت لاپاروسكوپ أ. كنترل از طريق صفحه ي نمايشگر لمسي. ب. كنترل از طريق پدال ج. كنترل از طريق تعقيب نوك ابزار جراحي 4- تعقيب ابزار ورودي به شكم با مدت زمان پاسخ دهي بسيار كوتاه. 5- قطع هوشمندانه ي حركت به هنگام برخورد با بافت نرم و جلوگيري از رساندن آسيب به بافت. 6- قطع هوشمندانه ي حركت باز و بسته شدن بازو به هنگام داشتن مانع در سر راه. 7- كم حجم بودن دستگاه و اشغال فضاي اندك 8- قابليت نقل و استقرار آسان. جراحي لاپاروسكوپي يكي از مصاديق جراحي با حداقل آسيب مي باشد كه در حفره ي شكمي انجام مي شود. در اين روش از دو يا سه شكاف كوچك ابزارهاي ميله اي شكل جراحي و از شكاف ديگر دوربين يا لاپاروسكوپ وارد شكم شده و از طريق تصوير ايجاد شده در صفحه ي نمايشگر عمل جراحي انجام مي شود. در اين نوع عمل علاوه بر جراح اصلي حضور يك فرد كمك جراح به منظور نگهداري و هدايت لاپاروسكوپ طبق فرمان جراح ضروري است. با توجه به مشكلات گزارش شده از قبيل عدم هماهنگي فرد كمك جراح با جراح اصلي و خستگي زود هنگام وي و در نتيجه لرزش دست و افزايش امكان اشتباه سعي شده است اين فرد با يك بازوي رباتيكي مناسب جايگزين شود. به همين منظور طي پروژه اي دستگاهي با عنوان ربات كمك جراح نگهدارنده لنز با قابليت رهگيري و تعقيب خودكار ابزار جراح ساخته و ارائه گرديده است تا جايگزين كاملي براي كمك جراح در جراحي لاپاروسكوپي باشد.

خلاصه سيستم رباتيك اشاره شده در اين اختراع به منظور ايجاد امكان جراحي لاپاروسكوپي به صورت رباتيك و از راه دور طراحي شده است. اين سيستم رباتيك، تحت عنوان ربات فرمانبر، ابزار لاباروسكوپبي را در بر گرفته و - با توجه به فرمان پزشك كه از طريق يك سيستم راهبر به ربات فرمانبر ديكته مي شود - آن را در داخل شكم بيمار هدايت مي كند. اين سيستم در حين اين كه براي اولين بار در كشور طراحي و ساخته مي شود با داشتن قابليت هايي از قبيل توانايي اندازه گيري نيروهاي بين ابزار و ربات و همچنين توانايي هدايت ابزار براي جابه جايي ارگان هاي حجيم، به عنوان يك نوآوري در عرصه ي جهاني نيز مطرح مي شود. ربات از چهار درجه ي آزادي پيچ، ياو، دوران حول محور ابزار و حركت خطي ابزار تشكيل شده است. مكانيزم هاي متنوعي براي هركدام از درجات آزادي بررسي شده و با توجه به معيارهايي از قبيل سبكي، كم حجمي، سادگي ساخت و هزينه ي پايين مكانيزم مناسب انتخاب شده است. همچنين پارامترهاي سينماتيكي و ديناميكي مكانيزم نهايي توسط الگوريتم بهينه سازي گروه برندگان انتخاب شده است. طرح نهايي در مقايسه با نمونه هاي خارجي بسيار سبك، كم حجم و كم هزينه بوده و قابليت جابجايي ارگان هاي حجيم و قابليت اندازه كيري نيروهاي بين ربات و ابزار را داراست. مزاياي اختراع انجام شده عبارتند از 1. امكان انجام جراحي لاپارسوكوپي به صورت رباتيك براي تمامي ارگان هاي ناحيه شكمي اعم از حجيم و غير حجيم 2. كاهش لرزش ها و افزايش دقت انجام جراحي با فيلتر نمودن لرزشهاي دست جراح 3. ايجاد امكان جراحي از راه دور 4. قابليت اندازه گيري نيروهاي بين ابزار و ربات 5. دستيابي به مهارت هاي سينماتيكي و ديناميكي مطلوب با استفاده از جديدترين روش هاي بهينه سازي 6. سبك، كم حجم و كم هزينه، نسبت به نمونه هاي خارجي كاربردها همانطور كه در طول گزارش نيز اشاره شد از اين بازوي رباتيك مي توان براي انجام جراحي هاي لاپاروسكوپي بر روي تمامي ارگان هاي داخلي ناحيه شكمي به صورت رباتيك استفاده نمود. با محقق شدن اين رويه، دقت جراحي ها به طرز قابل ملاحظه اي افزايش و خستگي جراح كاهش مي يابد. مهمترين مزيت اين نوع جراحي را مي توان در فراهم نمودن امكان جراحي از راه دور عنوان نمود. بنابراين با نصب اين بازوي رباتيك در نقاط محروم و يا درمناطق جنگي، در صورت لزوم انجام يك عمل جراحي فوري، تنها نياز به يك پزشك عادي براي ايجاد شكاف هاي لازم روي بدن بيمار و تنظيم و راه اندازي اوليه ربات است. بعد از تنظيمات اوليه، پزشك مي تواند در هر كجاي كشور با در دست داشتن ربات راهبر و مشاهده تصوير داخل شكم حتي پيچيده ترين اعمال جراحي را نيز انجام دهد.

‏خلاصه ‏متدولوژي نوين ارائه شده در طراحي وساخت استم هاي سفارشي مفصل ران، منكلات موجود در طراحي هاي گذشته ( كه در بخش شرح و توصيف اختراع مفصلا بدان پرداخته مي شود) را حل كرده و قابليت كارايي استم (به جاي استفاده از پروتز با پارامتر هاي هندسي ثابت كه به بيمار تحميل مي كردد) را افزايش مي دهد. ‏همانطور كه در شكل ١ ‏نيز ديده مي شود، متدولوژي پيشنهاد شده داراي چندين مرحله در طراحي مي باشد كه از دو قسمت اصلي يعني طراحي بر اساس قسمت hltra-medullar ‏و تركيب با صفحه مشترك، تشكيل شده است كه هر كدام بخشي از طراحي استم را بر عهده دارند. در معيار طراحي بر اساس lntra-medullar ‏, قسمت پايه يا همان Stem ‏فمورال بر اساس ويژگي حداكثر پرشوندگي و انطباق طراحي مي گردد و در معيار طراحي به كمك سطح مشترك، نيزجهت حفظ مشخصات بيومكانيكي سر استخوان فمور گردن و بكارگيري آسان از سر هاي مدولار(شكل ٢ ‏) (همراه با استفاده از استابولوم و فمورال هد شكل ٣ ‏) به صلاحديد پزشك اين قسمت طراحي مي شود. نهايتا قطعات مزبور با مونتاژ در بدن بيمار نيازمند مورد استفاده قرار مي گيرد(شكل ۴ ‏).

متدولوژي نوين ارائه شده در طراحي و ساخت پروتزهاي سفارشي مفصل ران ، مشكلات موجود در طراحي هاي گذشته (كه دربخش شرح و توصيف اختراع مفصلا بدان پرداخته مي شود) را حل كرده و قابليت كارايي پروتز را افزايش مي دهد. همانطور كه در شكل فوق نيز ديده مي شود متدولوژي پيشنهاد شده داراي چندين مرحله در طراحي مي باشد كه از دو قسمت اصلي يعني طراحي براساس قسمت Intra -medullar و Extra medullar تشكيل شده است كه هر كدام بخشي از طراحي پروتز را بر عهده دارند كه بعد از تركيب به كمك سطح مشترك تعيين شده در طول فرايند طراحي پروتز كامل مي گردد. در معيار طراحي براساس Intra - medullar قسمت پايه يا همان Stem پروتز براساس ويژگي حداكثر پرشوندگي و انطباق طراحي مي گردد و در معيار طراحي براساس Extra-medullar نيز جهت حفظ مشخصات بيومكانيكي سر استخوان فمور ، گردن پروتز يا همان Neck طراحي مي شود.

طراحی و ساخت و کالیبراسیون دستگاه روباتیکی توانسنجی عضلات کمر