Göz içi mikrosurgery, geleneksel el aletlerinden robot destekli cerrahiye geçiş yaparak, cerrahların fizyolojik titremelerini azaltmak ve hareketleri daha hassas bir şekilde ölçeklemek için büyük adımlar attı. Ancak, arka göze yakınlık arttıkça, robot destekli cihazlar cerrahın kontrolü altında aletleri çok derine yerleştirebilir veya aşırı skleral kuvvetler uygulayabilir. Bu durum, retina veya skleraya zarar vererek, kanamalara ve hatta ciddi yaralanmalara yol açabilir. Bu gibi nedenler, ameliyat sırasında ve sonrasında komplikasyonların %2 ila %30 oranında görülmesine sebep olmaktadır.
Elektromanyetik Sistemlerin Avantajları
Yeni önerilen 5 serbestlik dereceli (5-DOF) elektromanyetik sürücü sistemleri, mevcut robot destekli sistemlere kıyasla farklı bir çalıştırma paradigması sunar. Bu sistemler, pozisyon kontrollü mod yerine kuvvet kontrollü modu kullanır, bu da mikro-robotu arka göz içinde daha güvenli bir enstrüman haline getirir. Kuvvet kontrollü modda, elektromanyetik sürücü sistemi, hasta hareketi veya sistem arızası durumlarında bile, etkileşim kuvvetlerine sınır koyarak geri dönüşü olmayan retinal hasar riskini etkin bir şekilde azaltabilir.
Sistem Tasarımı ve Optimizasyonu
Yüksek yoğunluklu manyetik alanlar ve manyetik kuvvetler üretmek büyük bir çalışma alanı içinde zordur. Bu nedenle, sistem yapılandırmasının ve elektromıknatıs parametrelerinin tasarım optimizasyonu, yüksek manyetik alan ve manyetik kuvvet üretim kapasitesi sağlamak için geniş bir ilgi görmektedir. Araştırmacılar, 5 serbestlik dereceli manyetik manipülasyon için yeni bir elektromanyetik sürücü sistemi sunmuşlardır. Bu sistem, en uygun yapılandırmayı ve elektromıknatıs parametrelerini elde etmeye çalışan iki aşamalı bir tasarım optimizasyonu prosedürü uygulamaktadır. Bu prosedürle, sistem daha hassas ve istikrarlı bir manipülasyon yapabilir ve sürekli çalışma kapasitesini artırmıştır.
Kontrol Çerçevesi ve Performans Değerlendirmesi
Sistem, aktif bozulma reddi kontrolörü (ADRC) ve sanal sınırları içeren bir kontrol çerçevesi kullanarak, göz içi cerrahideki dayanıklılığı ve güvenliği artırır. Simülasyon ve analizler, önerilen tasarım optimizasyonunun ve kontrol çerçevesinin etkilerini değerlendirmiştir. Performans değerlendirmesi ve farklı çalışma modlarındaki yol izleme performans testleri, ADRC kontrolörünü ve sanal sınırları içeren sunulan kontrol çerçevesi ile gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, bozulma olmaksızın gerçekleştirilen performans testlerinde, maksimum hata ve maksimum RMS hatasında %47.1 ila %65.4 ve %62.7 ila %84.4 oranında azalma göstermiştir.
Geleceğe Yönelik Çalışmalar
Araştırmacılar, daha doğru bir manyetik alan-akım modeli kullanarak, konumlandırma doğruluğunu ve kullanılabilir çalışma alanını artırmayı hedeflemektedir. Ayrıca, gelecekteki çalışmalar, elektromıknatıs sıcaklıklarının gerçek zamanlı tespiti için fiber Bragg ızgara (FBG) tabanlı yöntemleri araştırmayı planlamaktadır.
Kaynak: Liu, Y., et al. (2024). A Novel Electromagnetic Driving System for 5-DOF Manipulation in Intraocular Microsurgery. Cyborg and Bionic Systems
