حسگرها ‌به‌کمک ‌جراحان ‌می‌آیند

در واقع در این نوع جراحی‌ها دو حفره در بدن ایجاد می‌شود که از یک حفره دوربین و از حفره دیگر ابزار جراحی وارد بدن بیمار می‌شود. به‌علت این که در محیط بدن انسان سیالات متعددی از جمله خون وجود دارند، تصویر
ایجاد شده در صفحه نمایشگر برای جراحی چندان واضح نیست و احتمال این که ابزار جراحی اشتباهی بافتی را قطع کند، وجود دارد بنابراین انجام عمل جراحی بسته به حسگرهایی نیاز دارد که بتواند در تماس با بافت‌های بیولوژیکی بدن انسان، اطلاعات کاملی به دست آورد. حسگرهای لامسه مصنوعی با کاربرد پزشکی به‌همین منظور در دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر طراحی و ساخته شده‌اند.

رباتیک یکی از جنبه‌های عمومی و کاربردی استفاده از حسگرها با اهداف متنوع است و در واقع حسگرهای لامسه با کاربردهای مختلف نقش مهمی در پیشرفت علم رباتیک داشته‌اند. در این راستا نیز در 2 دهه اخیر رباتیک پیشرفته و هوشمند رشد چشمگیری در شاخه پزشکی و علوم مرتبط داشته، به طوری که شاخه‌های مستقلی از نظر پژوهش، کاربرد و ساخت تجهیزات پزشکی در زمینه تشخیص و درمان به وجود آمده است.

جراحی‌هایی از قبیل  جراحی قلب، میکروجراحی، جراحی اعصاب، اورولوژی، آندوسکوپی، لاپاروسکوپی، آتروسکوپی و جراحی‌های ارتوپدی را می‌توان از جمله جراحی‌های موفق و فراگیر در به کارگیری سیستم‌های حسگر لامسه نام برد.

به طور کلی از فواید استفاده از ربات در علم پزشکی و بویژه در جراحی به موارد بسیار زیادی می‌توان اشاره کرد. چرا که دقت بسیار بالای ربات در انجام جراحی‌های دقیق به هیچ وجه قابل مقایسه با دقت دست انسان نیست. ضمن آن که قابلیت تکرارپذیری در ربات بالا و سرعت عمل آن در مقایسه با انسان در حد مطلوبی زیاد است.

همچنین به علت خسته نشدن، این وسیله می‌تواند ساعت‌های متوالی کار کند. در این میان، نباید فراموش کنیم که ربات قابلیت انجام وظیفه در شرایط محیطی خاصی را که برای انسان دشوار یا حتی مضر است، دارد و امکان آزمایش رفتار و عملکرد ربات نیز بر ضریب ایمنی کار با آن می‌افزاید.

اما نکته مهم در این مبحث، هوشمند کردن و تجهیز ربات به ویژگی‌ها و توانایی‌های مختص انسان است. بدین مفهوم که علاوه بر برتری‌های خاص ربات بر انسان بتوان قابلیت‌های خاص انسان را بر ویژگی‌های آن افزود تا به این وسیله ابزار توانمندی را برای خدمت به علم پزشکی و سلامتی انسان عرضه کنیم. حواس پنجگانه را می‌توان به عنوان بخشی از این قابلیت‌های ویژه انسانی برشمرد.

از میان این حواس آنچه در طرح ساخت حسگر لامسه مصنوعی با کاربرد پزشکی در تشخیص بافت‌های بیولوژیکی مد نظر قرار گرفته، حس لامسه است که در زمینه تشخیص و درمان بویژه جراحی، از پرکاربردترین حواس است.

توانایی استثنایی برای ربات‌ها

کاربرد حسگرهای تماسی در جراحی و در ارتباط با بافت‌های بیولوژیکی، کاربرد منحصر به فردی است. ماهیت جراحی، ضرورتا نیازمند دیدن و لمس کردن است و در اختیار نداشتن این حواس در حین جراحی بسیار نامطلوب خواهد بود.

از دیدگاه مهندسی پزشکی، پیشروترین عرصه در تحقیقاتی که در آنها  حواس بینایی و لامسه جنبه حیاتی دارد، جراحی بدون خونریزی و با حداقل تهاجم است که کمتر از یک دهه از عمر آن می‌گذرد و یکی از پرطرفدارترین انواع عمل جراحی است. در این نوع جراحی، با وجود بسیاری از مزایای آن از جمله درد و جراحت کمتر، حداقل آسیب به بافت‌های سالم، کاهش مدت نقاهت، کاهش عفونت‌های ناشی از محیط جراحی، کاهش استرس جراح و کاهش زمان جراحی از ابتدا تا انتها درک و حس لمسی جراح در برخورد با بافت‌های بیولوژیکی نیز کاهش می‌یابد و همین مساله، محدودیت‌های زیادی را برای جراح ایجاد می‌کند.

در چنین شرایطی، آزمایش و شناخت خواص مختلف بافت از جمله نرمی و سفتی، ویسکوزیته و دیگر خواص مکانیکی بافت بسیار مشکل خواهد بود. البته هر چقدر محل هدف یعنی محل جراحی از پزشک دورتر باشد و واسطه‌های بیشتری برای دستیابی به آن میان پزشک و شی هدف قرار گیرد، به همان نسبت میزان درک و حس شی از سوی پزشک کاهش می‌یابد و در اینجا لزوم تجهیزاتی برای درک و انتقال این حس و اطلاعات لازم بیشتر نمایانگر می‌شود.

برای درک و شناسایی بافت بیولوژیکی به وسیله جراح، خواص قابل اندازه‌گیری همچون شکل، اندازه، وزن، دما، زبری سطح بافت، سختی و نرمی موقعیت و راستای بافت و مقدار نیروی لازم برای گرفتن بافت می‌توانند، ‌مدنظر قرار گیرند.

برخی از این خواص به وسیله حواس ویژه انسان از قبیل بینایی قابل درک است و برخی نیز از ترکیب چند حس از جمله حس لامسه یا عملکرد این حس به تنهایی قابل درک هستند.

به گفته علی توکلی گلپایگانی، دانش‌آموخته دکترای مهندس پزشکی دانشگاه صنعتی امیرکبیر در طرح ساخت حسگر لامسه مصنوعی، هدف اصلی طراحی و ساخت حسگری لامسه با توانایی همزمان در اندازه‌گیری پارامترهای مختلف از جمله اندازه‌گیری نیروی اعمال شده در نقطه تماس و تخمین برخی خواص مکانیکی شی لمس‌شونده از قبیل سختی آن است.

روش اجرای این طرح که با راهنمایی دکتر سیامک نجاریان انجام شده، از 2 طریق مدلسازی حسگر براساس روش‌های حل عملی و تئوری و دیگری ساخت آن و اخذ نتایج آزمایشگاهی است. درنهایت نتایج روش‌ تئوری با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و از این نتایج در بهینه‌سازی حسگر و کاهش خطاهای جراحی استفاده شد.

گام به گام تا ساخت حسگرهای میکرونی‌

از مهم‌ترین مزایا و ویژگی‌های اصلی طراحی و ساخت در این حسگر می‌توان به زیست سازگاری آن با توجه به مواد تشکیل دهنده اشاره کرد چرا که کلیه مواد تشکیل دهنده این سیستم می‌توانند از سیلیکون به عنوان یک ماده زیست‌سازگار و شناخته شده ساخته شوند. استحکام مکانیکی و انعطاف‌پذیری آن در طراحی برای کاربردهای مختلف و پیچیده‌ نبودن طراحی و ساخت و کاهش هزینه‌های ساخت به دلیل سادگی ساختاری از دیگر ویژگی‌های این حسگر هستند.

همچنین قابلیت ترکیب اصول مختلف در ساخت این حسگرها با توجه به نوع کاربرد و دقت اندازه‌گیری مورد نظر وجود دارد. در واقع از آنجا که در این حسگر از 2 ویژگی متفاوت برای سیستم اندازه‌گیری الکتریکی استفاده شده، این سیستم می‌تواند با توجه به کاربردهای خاص و محدودیت‌های محیطی از تلفیق دیگر سیستم‌ها همچون سیستم‌های الکترو مغناطیسی القایی و پیزوالکتریک طراحی شود.

در نهایت هم قابلیت کوچک‌سازی این حسگرها تا حد میکرون وجود دارد و با پیشرفت و گسترش علم در جهان می‌توان براساس اصول کلی طراحی در ساخت این حسگر به ساخت نمونه‌هایی در حد میکرون اقدام کرد.

توکلی خطای بسیار کم و استفاده آسان از این حسگرها را مزیت آنها عنوان می‌کند و می‌گوید: تاکنون 3 مقاله از این طرح تحقیقاتی در مجلات ISI منتشر شده است.

نتایج این تحقیقات در سال 2007 به صورت مشترک از سوی 2 گروه فیزیک پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شیراز و دانشگاه صنعتی امیرکبیر در سطح ملی و بین‌المللی مطرح و منتشر شد. با توجه به ویژگی کاربردی بالینی این حسگر بویژه در تشخیص و ارزیابی عملکرد این حسگر در مجامع پزشکی مختلف مطرح و تایید شد.

نتایج این تحقیق در سال 2007 در مجله علمی پزشکی فیزیک پزشکی دانشگاه علوم پزشکی مشهد پذیرفته شد و ایده طراحی و ساخت حسگر و سیستم اندازه‌گیری آن به ثبت رسید. توکلی می‌افزاید: آزمایش‌های In vitro انجام شده‌اند که نتایج حاصل آنها برای بررسی و داوری به یکی از ژورنال‌های معتبر بین‌المللی ارسال شده است.

بهاره صفوی