Kornea sütur robotu tasarımı, analizi ve uygulaması
Cornea suture robot desi̇gn, analysis and implementation
Yazar: TUNÇ KÖSE
Danışman: YRD. DOÇ. DR. KADİR ERKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Göz Hastalıkları = Eye Diseases ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Cerrahi operasyonlarda Laparoskopik robotların kullanımı son yıllarda gün geçtikçe artmaktadır. Bu robotlar, özellikle hassas dokuların üzerindeki uygulamalarda, operatör cerrahların insiyatifini en aza indirgeyerek insan hatasından kaynaklı doku travmalarının önüne geçilmesinde ciddi bir avantaj sağlamaktadır.
Kornea nakli ameliyatlarında; kornea dokusu zarar görmüş, görme yetisini kaybetmiş veya kaybetmekte olan hastaların korneaları, donörlerden alınan kornealarla değiştirilerek hastalara görmelerini geri kazandırmak amaçlanmaktadır. Bu ameliyatlar zorunlu olup; müdahalenin olmadığı ya da uygun donör korneanın bulunamadığı durumlarda, hastalar görme yeteneklerini tamamen kaybetmektedir. Operasyonun her basamağında olduğu gibi, donör korneanın hastanın gözüne dikilme basamağı da operasyonun başarısına büyük etki etmektedir.
Tez konusunun amacı, kornea nakli operasyonlarında kritik öneme sahip olan sütur(dikiş) atma işlemini gerçekleştirebilecek robotik bir sistem geliştirmektir. Klasik çift kollu sitemler yerine, tek bir robotik kolla sütur atabilecek, yeni ve özgün bir tasarımın yapılması hedeflenmiştir. Keratoplasti adı verilen bu ameliyatlarda, donörden alınmış sağlıklı korneanın hastaya nakli sırasında standart bir tedavi yöntemi oluşturmak ve dikim başarısını arttırmak birincil hedefler arasında olmuştur. Vücuttaki diğer dikim operasyonları karşılaştırıldığında, kornea dikimi ciddi bir operasyon olup, oluşabilecek ufak hatalar ciddi görme bozukluklarına sebep olmaktadır. Hataların en aza indirilmesi ile gözde oluşabilecek yüksek derecelerde görme kusurlarının engellenmesi hedeflenmiştir.
Gelişen teknoloji ile birlikte, geçmişte sütur atılmasının gerekli olduğu birçok ameliyat günümüzde; bıçaksız ve sütursuz bir şekilde gerçekleştirilebilirken; kornea nakli ameliyatlarında ise halen sütur tekniği kullanılmaktadır. Sütur işleminin bu denli önemli olduğu bu ameliyatlarda; doktorların kullanabileceği ve ameliyat sürecini standartlaştırabilecek mikro-robotik bir sisteme ihtiyaç duyulmaktadır. Donör kornea, yapısı itibari ile çok hassas bir dokudur. Bu nakil ameliyatı sırasında yapılan her müdahale; her bir süturun, bu dokuda travmatik bir etki yaratmasına sebep olmaktadır. Bu etkiler, ameliyatın başarı kıstaslarından en önemlisini oluşturmakta ve travmatik etkilerin en aza indirgendiği ameliyatlar, başarılı olarak değerlendirilmektedir. Operasyon esnasında; atılması gereken bir süturun uygunsuzluğundan dolayı tekrarlanması, bahsedilen travmatik etkiyi arttırmaktadır. Tez kapsamında geliştirilen Kornea Sütur Robotu; bu ameliyatların başarı oranını, dolayısıyla hastanın ameliyat sonrası yaşam kalitesini arttırabilecektir. Tez çalışması sonunda ortaya konulan ilk prototip, alanında dünyada bir ilk olma özelliği taşımaktadır.
Bu tez çalışması dahilinde, uygulama fikri ortaya konan Kornea Sütur Robotu'nun konsept mekanik çalışmaları yapılarak uygulanacak mikro sistem mekanizması tespit edilmiş ve 10:1 ölçekli versiyonu üretilerek çalışabilirlik testleri yapılmıştır. Akabinde belirlenen konsept yapının mikro sisteme adapte edilmesi üzerine tasarımsal ve üretimsel ar-ge çalışmaları gerçekleştirilerek, ortaya çıkan tasarımın matematiksel modelleri ve statik hesaplamaları gerçeklenmiştir. Tez sonunda imal edilen mikro yapıdaki Kornea Sütur Robotu test ve deneyleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar ortaya konmuştur.

Abstract:
The use of laparoscopic robots in surgical operations has been increasing day by day. These robots offer a serious advantage, especially in the applications on sensitive tissues, where the operator minimizes the surgeon's initiative to avoid tissue trauma caused by human error.
With corneal transplant surgery; corneal tissue is damaged, and corneas of patients who have lost sight or lose sight, or corneas taken from donors are replaced with corneas to restore illness. These surgeries are mandatory; when there is no intervention or when the appropriate donor cornea is not found, the patients completely lose their ability to see. As with every step of the operation, donor cornea of the patient's eye suturing has a great effect on the success of the operation.
The aim of the thesis is to develop a robotic system that can perform suturing with critical prescription in corneal transplant operations. It is aimed to make a new and original design that can throw sutures with a single robotic arm instead of classic double arm systems. In these operations, called keratoplasty, it is a primary goal of healthy cornea taken from the donor to establish a standard treatment method during the transplantation and to increase the planting success. When compared to other planting operations in the body, corneal stitching is a serious operation, and minor faults can cause severe visual disturbances. It is aimed to prevent visual defects at high grades that may occur in the eye by reducing the most miscarriages.
Along with the developing technology, many operations in the past that require suturing can be carried out without blades and without fingers today; suture technique is still used in corneal transplant surgery. In keratoplasty operations where suture operation is important; there is a need for a micro-robotic system that can be used by doctors and standardize the surgical procedure. The donor cornea is a very sensitive tissue by its structure. Every intervention performed during this transplantation operation; each suture causes a traumatic effect on this tissue. These effects constitute the most important criteria for the success of the surgery and the operations with the least traumatic effects are evaluated as successful. During the operation; Repeated due to incompatibility of a suture to be thrown, increases the said traumatic effect. The cornea suture robot developed within the scope of the thesis will increase the success rate of these operations and the quality of life of the patient after surgery. The first prototype revealed at the end of the thesis work is the first in the world in its own field.
Within the scope of this thesis, conceptual mechanics studies of Cornea Suture Robot which application idea was put forth and micro system mechanism to be applied were determined and 10:1 scale version was produced and operability tests were performed. Afterwards, the design concept was applied to the micro system and then the design and production researches were carried out and the mathematical models and static analyzes of the emerging design were realized. At the end of the thesis, Cornea Suture Robot test and experiments were carried out and the results are presented.