عنوان پایان‌نامه
توسعه یک ابزار رباتیکی برای مدلسازی هپتیکی - هندسی بافت ناحیه شکم
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3369;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77129;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3369;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77129
- تاریخ دفاع
- ۱۰ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- مسعود معین زاده
- استاد راهنما
- فرشید نجفی, مجتبی حقیقی یزدی
- چکیده
- یکی از چالش های پیش رو در حوزه علوم پزشکی، انجام معاینات پالپیشن برای بیمارانی است که پزشک به آنها دسترسی ندارد. از طرفی برای ارائه خواص مکانیکی بافت ناحیه شکم در معاینات پالپیشن به پزشک، باید مدل سازی پاسخ مکانیکی این ناحیه نیز مورد بررسی قرار بگیرد. هدف از انجام این پروژه کمک به توسعه این روش از معاینات در حوزه رباتیک و مدل سازی بافت می باشد. با توجه به اینکه در پالپیشن یکی از موارد اصلی در کنار دقت بالای دستگاه، قابلیت دسترسی آن به تمامی نقاط شکم بیمار می باشد، طراحی و ساخت ابزار رباتیک سه درجه آزادی کارتزین حامل دستگاه پالپیشن برای کمک به این معاینات انجام شده است. در هنگام معاینات، مختصات هندسی هر نقطه از شکم برای مطالعات هپتیکی در گام های بعدی قابل دسترسی است. این ابزار به گونه ای طراحی شده است که بیمار در زیر آن قرار می گیرد و از این طریق پزشک و ابزار پالپیشن به بدن بیمار مسلط خواهند شد. با استفاده از استخراج مختصات هندسی تعدادی از نقاط ناحیه شکم توسط این ابزار، هندسه ناحیه شکم به صورت سه بعدی در نرم افزار کتیا استخراج شده است. برای مدل سازی بافت این ناحیه از بدن، با اعمال تست های نفوذی و ریلکسیشن ، منحنی های تنش-زمان و جابجایی-زمان استخراج شده است. با توجه به تنفس بیمار در هنگام انجام تست ها تاثیر نامطلوب آن بر نتایج خروجی، با استفاده از روش میانگین گیری، تاثیر این عامل تا حد مطلوبی کاهش داده شده است. نهایتاً مدلسازی بافت ناحیه شکم با استفاده از مدل QLV انجام شده است. در این فرمول، از مدل مونی ریولین برای رفتار هایپرالاستیک و از مدل 11 پارامتری ویچرت برای رفتار ویسکوالاستیک استفاده شده است. پارامترهای مجهول در مدل QLV نیز با استفاده از دستور fminunc در نرم افزار متلب محاسبه شده¬اند. نهایتا با توجه به ابزار رباتیکی 3 درجه آزادی ساخته شده و استفاده همزمان از دستگاه پالپیشن و همچنین استفاده از تئوری های مدل سازی بافت، گامی رو به جلو برای انجام معاینات پالپیشن از راه دور برداشته شده است.
- Abstract
- Palpation examinations for the patients whom doctor do not access, is One of the challenges ahead of medical science area. Besides, in palpation examinations of abdomen tissue, for presenting the mechanical properties of this area to the doctor, mechanical properties should be modeled. In palpation, being accessible to every points of patient’s abdomen, is one the essential items beside of high accuracy of the instrument. Therefore, for helping these examinations, a 3-DOF Cartesian robotic device carrying palpation instrument is designed and constructed. Using 3-DOF robotic device, every point’s geometrical coordinates is available for the future haptic studies. For using this instrument, the patient is placed underneath of the robotic device and the doctor can reach the patient’s abdomen through the palpation device. In this work, using geometrical coordinates of the points that is available with robotic device, the 3D geometry of abdomen region is extracted in CATIA. For modelling mechanical properties of abdomen region, doing penetration and relaxation tests, stress-time and displacement-time curves have been extracted. Since the patient is breathing during the tests and it has an adverse effect on the result, by averaging from output data, the effect of this factor is reduced to a desirable amount. Finally, the abdomen tissue region is modelled using QLV model. In this formula, mooney-mivlin and eleven parametric wiechert models are being used for hyperelastic and viscoelastic behaviors, respectively. The unknown parameters in QLV model are calculated using fminunc function in MATLAB. At last, according to the 3-DOF robotic device and simultaneous use of the palpation device and also using tissue modelling theories, this thesis is considered as a step forward for doing palpation examination. Keywords: palpation, 3-DOF robotic device, breathing effect, abdomen geometry extraction, mooney-rivlin hyperelastic model, wiechert viscoelastic model, fung QLV model.
