طراحی و توسعه ربات های میکرومتری کم تهاجم برای جراحی چشم و مغز با هدایت هوشمند مبتنی بر بینایی ماشین

زمینه: جراحی های چشم و مغز به دلیل ماهیت بسیار ظریف و مقیاس میکرومتری ساختارهای زیستی، از چالش برانگیزترین حوزه های جراحی های کم تهاجم به شمار می روند. وجود محدودیت های حرکتی، لرزش دست جراح، میدان دید محدود و خطر آسیب به بافت های حیاتی باعث شده است ابزارهای جراحی متداول نتوانند دقت و پایداری موردنیاز را فراهم کنند. این محدودیت ها ضرورت توسعه سامانه های رباتیک میکرومقیاس مجهز به بینایی ماشین را برجسته می کنند؛ سامانه هایی که بتوانند ناوبری دقیق، تعامل ایمن و کنترل بلادرنگ را ممکن سازند. روش: در این پژوهش، یک چارچوب مفهومی برای طراحی یک سامانه رباتیک میکرومتری کم تهاجم ارائه شده است که بر ادغام طراحی میکرومقیاس، پردازش تصویر پیشرفته و کنترل مبتنی بر بازخورد تصویری استوار است. طراحی مفهومی ربات با تحلیل نیازهای بالینی جراحی های فوق حساس انجام شد و معماری سامانه شامل سیستم تصویربرداری با وضوح بالا، الگوریتم های یادگیری عمیق نظیر U-Net و Mask R-CNN برای بخش بندی و تشخیص ساختارهای حساس، و یک ساختار کنترلی ترکیبی شامل کنترل تصویربنیاد، کنترل مقاوم و مدل پیش بین ارائه می شود. این روش شناسی بر تحلیل نظری و امکان سنجی علمی مبتنی است و به عنوان مبنایی برای توسعه های آزمایشگاهی آینده پیشنهاد شده است. یافته: تحلیل مفهومی نشان می دهد که ربات های میکرومتری در صورت طراحی و پیاده سازی صحیح قابلیت انطباق با محدودیت های زیستی چشم و مغز را دارند و می توانند حرکات دقیق در مقیاس چند میکرومتر ارائه دهند. بررسی ادبیات نشان می دهد که الگوریتم های بینایی ماشین مبتنی بر یادگیری عمیق قادرند با دقت بالا موقعیت ابزار و ساختارهای حساس را تشخیص دهند و از برخورد ناخواسته جلوگیری کنند. همچنین تحلیل ساختار کنترلی نشان می دهد که ترکیب کنترل مقاوم، مدل پیش بین و هدایت تصویربنیاد می تواند در محیط های غیرخطی و پراغتشاش، پایداری و دقت ناوبری ربات را افزایش دهد. این نتایج تئوریک بیانگر آن است که معماری پیشنهادی دارای قابلیت توسعه و تبدیل به یک سامانه عملیاتی است. نتیجه گیری: چارچوب مفهومی ارائه شده نشان می دهد که ادغام رباتیک میکرومقیاس، پردازش تصویر هوشمند و کنترل مبتنی بر تصویر، یک مسیر معتبر و علمی برای توسعه نسل جدید ابزارهای جراحی فوق دقیق محسوب می شود. این معماری با نیازهای واقعی جراحی های کم تهاجم هم خوانی دارد و می تواند در مراحل بعدی پژوهش از طریق شبیه سازی های پیشرفته، نمونه سازی اولیه و آزمون های آزمایشگاهی به یک فناوری واقعی تبدیل شود. نتایج این مطالعه امکان ارتقای ایمنی، دقت، و کارایی جراحی های چشم و مغز را در آینده فراهم می کند.

کلیدواژه ها:

میکروربات ، جراحی کم تهاجم ، بینایی ماشین ، هدایت تصویربنیاد ، کنترل مقاوم ، جراحی چشم ، جراحی مغز ، هوش مصنوعی پزشکی