Design and Development of Force Sensing Tool for Enhanced Sarcocolpopexy

• Main Author: KOVAČ, TINE
• Other Authors: Mihelj, Matjaž
• Format: Master Thesis
• Language: English
• Published: 2018
• Subjects: Vaginal manipulator; minimally invasive surgery; laparoscopic sarcocolpopexy; calibration matrix; Labview; Vaginalni manipulator; minimalna invazivna kirurgija; laparoskopska sakrokolpopeksija; kalibracijska matrika; Kos; Sila; Vagino; sami
• Online Access: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?id=105430; https://repozitorij.uni-lj.si/Dokument.php?id=116084&dn=

Modern minimally invasive surgery can be stressful and tiring for surgeons and assistans, so in order to relieve some work load a camera holding robot and a vaginal manipulator holding robot is being designed for use in laparoscopic sarcocolpopexy. A force sensing vaginal manipulator tool was designed in order to provide relevant information to the robot and for other analysis. A second force sensing device was also developed, a clip-on sensor which can be detached from typical vaginal manipulator. par Together with the tool a software to record and display live information during surgery was also developed. Part of the developed software was also a calibration matrix calculation, which is used to calculate force used by assistant on the patient from raw data given by device. V moderni kirurgiji se vse bolj pogosto uporabljajo minimalno invazivne metode v vse več operacijah. V nasprotju s tradicionalno kirurgijo ta omogoča hitrejše zdravljenje po operaciji in manj vidnih brazgotin. Medenični prolaps se zgodi zaradi staranja podpornega tkiva, kar povzroča nenaraven spust organov trebušne votline (mehur, maternica, črevesje,.) skozi vagino. Poglavitni vzroki za medenični prolaps so starost, debelost in naraven porod po štiridesetem letu starosti. par Sakrokolpopeksija je operacija, s katero se popravi vaginalni zid po prolapsu. Fino mrežico se našije na maternico in sprednji longitudinalni ligament, ki nato podpira organe trebušne votline. Sakrokolpopeksija je že bila prilagojena za minimalno invazivno kirurgijo (laparoskopska sakrokolpopeksija), zato je potrebnih le nekaj majhnih rezov na trebuhu za vstavitev inštrumentov. Za takšen poseg so potrebni kirurg, dva asistenta in medicinska sestra, vendar velikokrat operaciji prisustvuje več asistentov učencev. En asistent uporablja kamero znotraj pacientovega telesa, drugi pa drži vaginalni manipulator in tako asistira kirurgu. Zaradi omejenega prostora okoli pacienta in števila osebja to pogosto pomeni, da morajo biti kirurg in asistenti v nenaravnih položajih (pokrčene roke ali dolgotrajna drža rok v iztegnjenem položaju, sklanjanje nad pacientom itd.), kar potem sčasoma lahko vodi do utrujenosti in zdravstvenih problemov. Kot rešitev za te težave se razvija robot, ki bi glede na kirurgove ukaze sam držal vaginalni manipulator in kamero. Da bi lahko robot učinkovito uporabljal vaginalni manipulator, mora imeti neke vrste povratno zanko, da ne bi pri operaciji po nepotrebnem poškodoval zdravega tkiva. V ta namen se razvijata dva različna senzorja sile in sicer en v sami glavi manipulatorja, prikazan na sliki 1.02 A, drugi pa za ročaj. Po končanem testiranju se bo primerjalo rezultate obeh senzorjev in odločilo, če so res potrebne vse prostostne stopnje, ki jih ponuja senzor v glavi, ali so dovolj le tiste, ki jih meri senzor v ročaju. Senzor v glavi orodja je bil oblikovan tako, da so posamične meritve sil čimbolj ločene med seboj, torej da sila, ki deluje v eno smer ne vpliva na meritve v preostalih smereh. To je bilo doseženo z dvema elementoma, ki smo ju poimenovali malteški križ (slika 1.02 B) in aksialni pretvornik (slika 1.02 C). Vsak od teh elementov je potreben v dveh izvedbah, saj želimo meriti 6 prostostnih stopenj, 3 sile in 3 navore. Za visoko ločljivost pri merjenju teh prostostnih stopenj je potrebnih 24 uporovih lističev, ki se jih nalepi na elemente v pol-mostični konfiguraciji. To nam skupaj da 12 izhodov, ki jih merimo prek cRIO krmilnika in modulov za merjenje uporovih lističev, podjetja National Instruments. Za namene branja meritev je bilo v programskem okolju Labview napisanih več programov in sicer program za izračun kalibracijske matrike K, katere vrednosti so se uporabile pri preračunavanju surovih meritev v silo v programu namenjenemu uporabi v operacijski dvorani. Program bi izpisoval in izrisoval graf sil med operacijo, poleg tega pa bi tudi opozarjal, če je sila uporabljena na pacientu prevelika in lahko vodi v poškode. Poleg teh dveh programov je bil napisan tudi program za testiranje meritev. Te so bile opravljene s pomočjo testne postavitve, za kar smo uporabili kar kos aluminija pravokotne oblike, na katerega sta bila nalepljena uporova lističa v pol-mostični konfiguraciji. Kos aluminija je bil na eni strani vpet na mizo, na drugi pa je imel obešeno gugalnico za uteži. Sam material za orodje je bil izbran na podlagi cenovne dostopnosti in biokompatibilnosti ter možnosti parne sterilizacije, tako je bilo izbrano nerjaveče jeklo za notranjo konstrukcijo in PEEK plastika za ohišje senzorja. Lastnosti materiala so se upoštevale tudi pri oblikovanju, z namenom znižanja stroškov izdelave in združljivostjo z elementi prosto dostopnimi na trgu, npr. vijaki. Med načrtovanjem naslednjih verzij bi se lahko več stvari izboljšalo. Predvsem so pri trenutnem modelu orodja težave z sterilizacijo, saj je pri prototipni verziji potrebna uporaba kirurškega pokrivala. To samo po sebi ni težava, težava je, da bi lahko pokrivalo omejevalo gibanje senzorja in s tem kvarilo meritve. Poleg tega so tudi v samem programu napake, ki bi lahko vplivale na natančnost meritev. Tu govorimo o dejstvu, da je bila občutljivost merilnih gredi malteškega križa privzeta kot enakovredna med vsemi štirimi gredmi. Žal temu ni tako, saj sta gredi na notranji strani križa manj občutljivi, zaradi nezanemarljivo majhne debeline notranjega nosilnega obroča. To napako se lahko zlahka programsko popravi z dodatkom večih elementov v kalibracijsko matriko.