Harici fiksatör uygulamalı kırık kemiklerin tedavisinde otomatik redüksiyon yapabilen medikal robotun gerçekleştirilmesi

Abstract

Bu tezde, harici fikastör kullanılan kırık kemiklerin tedavilerinde, kemiklerin hizalanması (redüksiyon) için medikal bir robot tasarlanmış ve prototipi imal edilmiştir. Medikal standartlara uygun elektronik devreler, güvenilir gömülü yazılımlar, kablolu uzaktan kumanda ünitesi yapılmış ve robota ait ters kinematik problemini Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ile çözen bilgisayar yazılımı gerçekleştirilmiştir. Altı serbestlik derecesine sahip robot, otomatik redüksiyon yapabilmesine rağmen hekim kemikleri manuel olarak hizalamak için interaktif kullanıcı dostu grafik ara yüzü ile veya kablolu uzaktan kumanda üzerindeki butonlarla robotun hareketlerini kontrol edebilir. Değiştirilmiş PSO metodu ile ters kinematik problemi çözülür ve hekime onaylaması için bir yol önerilir. Robottan veya hekimden kaynaklanan hata sonucu robotun uyguladığı kuvvet herhangi bir yönde tanımlanan eşiği aşarsa, hastaya yanlışlıkla zarar verilmemesi için bilgisayar yazılımı ilgili motorların hareketlerini durdurur. Sonuçta, harici fiksatör kullanılan kırık kemiklerin tedavisinde kemiklerin hizalanması işlemini otomatik veya hekimin kontrolündeki kablolu uzaktan kumanda ünitesi aracılığıyla, elle yapılandan daha hassas ve hızlı bir şekilde yapan, zararlı X ışınlarını minimize eden medikal bir robot gerçekleştirilmiş ve detayları bu tezde verilmiştir. This thesis explains the design and implementation of a medical robot prototype to align before fixing broken bone parts with external fixators for treatment. The design covers medical standards compliant electronic circuits, reliable embedded software and communication among robot, wired remote control unit and the computer which runs image processing algorithm and solves inverse kinematic problem by Particle Swarm Optimization (PSO) methods. The robot has six degrees of freedom (DOF. Even though the robot can perform automatic alignment, an orthopedist can also control the movements of the robot by push buttons mounted on the wired remote control unit or by a user-friendly interactive GUI to align bones manually. An adapted PSO method solves inverse kinematic problem and suggests orthopedist a planned trajectory for approval. The computer stops corresponding motors even if a single force in any direction exceeds user defined thresholds not to injure patient by mistake because of robot fault or orthopedist malpractice. In summary, the medical robot detailed in this thesis aligns broken bone parts before fixing them by external fixators more precisely and faster either in automatic mode or under supervision of an orthopedist with a wired remote control unit minimizing hazardous X ray exposure during surgery.