Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | Choi, Hong Soo | - |
| dc.contributor.author | Lee, Jeong Hun | - |
| dc.date.accessioned | 2017-05-10T08:53:56Z | - |
| dc.date.available | 2017-01-18T00:00:00Z | - |
| dc.date.issued | 2017 | - |
| dc.identifier.uri | http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002322452 | en_US |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/20.500.11750/1514 | - |
| dc.description.abstract | In this research, medical microrobot based on guidewire was fabricated for intravascular treatment such as chronic total occlusion (CTO). Chronic total occlusion (CTO) is totally clogged vessel disease for two or more months. Percutaneous coronary intervention (PCI) procedure is conventional treatment method using medical tools such as guidewire, balloon catheter, and stent. Guidewire takes a role to be guidance toward the lesion in human body with path of blood vessel. However, this guidewire has low controllability due to manipula-tion by operator’s hand. To increase controllability of guidewire for enhanced percutaneous coronary intervention (PCI) procedure, a flexible microrobot for medical tool was used at the guidewire. Structure of this flexible microrobot consist of the permanent magnet, beam, and connector. The proposed cylindrical microrobots were successfully fabricated by a replica molding method with polydimethylsiloxane (PDMS) material for formability, flexibility, and biocompatibility. This fabricated microrobot was attached to tip of guidewire using epoxy. Steering experiments of flexible microrobot were conducted by controlling external magnetic field. This magnetic field was generated by half-sphere type eight electromagnetic coil sys-tem (Minimag) using current control. Flexible microrobot was deformed toward all of direc-tion under magnetic field. Deformation angle of flexible microrobot is maximum almost 80 degrees at the magnetic field with 15 mT of intensity and 170 degrees of direction. Also, this results were compared with analytic solution driven by Euler-Bernoulli beam theory and fi-nite element method (FEM) analysis of multiphysics modeling. Designed microrobot for im-provement of performance of guidewire was conducted in vitro experiments in blood vessel phantom to confirm track-ability. Flexible microrobots was confirmed to success until 60 de-grees of branch angle in blood vessel phantom. Also, Flexible microrobot based on guide-wire was demonstrated in blood vessel networks phantom with multiple branch. This re-search confirmed the remotely steerable microrobot with magnetic actuation and track-ability of microrobot based on guidewire. Flexible microrobot based on guidewire was shown pos-sibility of robotic assisted percutaneous coronary intervention (PCI) for intravascular treat-ment. ⓒ 2017 DGIST | - |
| dc.description.tableofcontents | 1. INTRODUCTION 10-- 1.1 Chronic Total Occlusion (CTO) 10-- 1.2 Conventional surgery for treatment of blood vessel diseas-es 12-- 1.3 Micro-/nano-robots for biomedical applica-tion 15-- 1.4 Soft Material for flexible micro-robots 19-- 1.5 Related research for remotely actuated guidewire (GW) and cathe-ter 22-- 1.5.1 Exterior control system for intravascular treat-ment 22-- 1.5.2 Interior control system for intravascular treat-ment 24-- 2. DESIGN AND MECHANISM 29-- 2.1 Medical microrobots based on guidewire (GW) 29-- 2.2 Mechanism of flexible microrobots 30-- 2.3 Design points of flexible microrobots based on guidewire (GW) 32-- 3. FABRICATION 33-- 3.1 Fabrication of Metal and PDMS mold for replica molding meth-od 33-- 3.1.1 Wire-cutting manufactured metal mold 33-- 3.1.2 Fabrication of PDMS mold using hydrophilic coating and surface treat-ment 34-- 3.2 Fabrication of flexible microrobot 36-- 4. EXPERIMENTS 38-- 4.1 Multiphysics modeling of flexible microrobots for FEM analy-sis 38-- 4.1.1 Geometry and material property of multiphysics model-ing 39-- 4.1.2 Boundary conditions (B.C) of multiphysics model-ing 40-- 4.1.3 Parameter for analysis of multiphysics model-ing 41-- 4.2 Experimental environ-ments 42-- 4.2.1 Magnetic field genera-tor 42-- 4.2.2 Steering experiment of flexible microrobots under external magnetic field 43-- 4.2.3 In vitro experiments in branch and vascular networks mod-el 45-- 5. RESULTS 48-- 5.1 FEM result of flexible microrobots using multi-physics model-ing 48-- 5.2 Steering function of magnetically actuated flexible micro-robots 52-- 5.2.1 Three dimensional (3D) movement of flexible micro-robot 52-- 5.2.2 Characterization of flexible micro-robot 54-- 5.3 Track-ability of flexible micro-robots 56-- 5.3.1 Tracking function of flexible microrobots in single branch phan-tom 56-- 5.3.2 Tracking function of flexible microrobots in blood vessel network phan-tom 59-- 5.4 A robotic assisted percutaneous coronary intervention procedure 61-- 5.4.1 Integrated system for robotic assisted PCI proce-dure 61-- 5.4.2 In vitro experiment with flexible microrobot and integrated sys-tem 62-- 6. DISCUS-SIONS 63-- 7. CONCLUSIONS 65-- 7.1 Conclu-sion 65-- 7.2 Future work 66-- 7.2.1 Beating environment in vitro mode 66 |
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| dc.format.extent | 87 | - |
| dc.language | eng | - |
| dc.publisher | DGIST | - |
| dc.subject | Flexible microrobot | - |
| dc.subject | Replica molding method | - |
| dc.subject | Magnetic actuation | - |
| dc.subject | Finite element method (FEM) | - |
| dc.subject | Intravascular treatment | - |
| dc.title | Fabrication and characterization of magnetically actuated flexible microrobot based on guidewire for intravascular treatment | - |
| dc.title.alternative | 혈관 질환 치료를 위한 가이드와이어(Guidewire)기반의 의료용 마이크로로봇 제작 및 성능평가 | - |
| dc.type | Thesis | - |
| dc.identifier.doi | 10.22677/thesis.2322452 | - |
| dc.description.alternativeAbstract | 본 연구에서는 혈관 질환을 치료하기 위해서 자기(Magnetic) 구동 가능한 가이드와이어(Guidewire) 끝단에 부착된 마이크로로봇(Microrobot)을 제작되었다. 가이드와이어, 스탠트(Stent)와 카테터(Catheter)는 동맥경화증이나 만성완전폐색병변(Chronic total occlusion,CTO)를 치료하는데 중요한 역할을 하는 의료용 도구이다. 이 중에서 가이드와이어(Guidewire)는 시술자가 손으로 돌리거나 당기거나 밀어내어 가이드와이어(Guidewire)의 끝단을 조작하여 원하는 병변의 위치까지 이동을 한다. 이러한 방식은 시술자의 숙련도나 혈관의 복잡성에 따라 긴 수술시간을 요구하며, 이로 인한 의사와 환자들에게 방사선 노출량이 증가하는 문제를 안고 있다. 이러한 원격 제어(Remote control)를 위한 카테터(Catheter)나 가이드와이어(Guidewire)는 많은 연구가 진행되었으며, 자기장을 이용한 제어는 대표적인 방식 중 하나이다. 가이드와이어의 크기로 인해 내부 자성체의 크기에 제약이 존재하며, 인체를 대상으로 하는 자기장 정밀 제어기는 전력 문제로 인해 성능의 제약을 받는다. 따라서 유연한 재질을 사용하여 낮은 자기 토크(Magnetic torque)로도 구동 되도록 설계하였다. 마이크로로봇은 제어를 위한 힘을 생성하는 자성체, 유연한 재질의 빔(Beam), 그리고 가이드와이어 끝단과의 부착을 위한 연결부(Connector)로 이루어져 있는 원기둥(Cylinder) 구조이다. 자성체는 네오디움 자석(NdFeB, N52)를 사용하였으며, 유연한 재질은 Polydimethylsiloxane (PDMS)를 이용하였으며, 연결부는 원통 구조의 황동파이프 혹은 마이크로스프링(Microspring)를 이용하였다. 이 마이크로로봇은 replica molding method 를 이용하여 성공적으로 제작되었다. 와이어 방전가공(EDM)으로 제작된 금속 몰드(Mold)를 가지고 replica molding method 를 이용하여 PDMS 몰드로 제작하였다. 만들어진 PDMS 몰드에 다른 PDMS 가 붙지않도록 표면처리를 수행하였다. PDMS 몰드 베이스(Base)에 일정한 간격을 갖는 황동파이프를 놓고, 두 파이프 사이에 영구자석을 넣는다. 이후 PDMS 몰드 커버(Cover)를 덮고, 큰 영구자석을 안에 들어가있는 자성체를 한쪽으로 이동하도록 몰드에 부착한다. 체결된 PDMS 몰드를 베이스와 경화제가 중량비 10:1 과 소량의 methylene blue 용액이 섞인 색이 띄는 PDMS 혼합액이 담긴 용기에 담아서 1 시간동안 진공챔버에 넣는다. 이후에 오븐에서 80℃에서 2 시간동안 큐어링(Curing)을 하여 경화시킨다. 몰드로부터 릴리스(Release)된 유연한 마이크로로봇은 연결부가 가이드와이어 끝단에 삽입되고 에폭시(Epoxy)로 고정시킨다. 제작된 마이크로로봇은 반구 형태에 배열된 8 개의 전자석 코일 시스템을 활용하여 자기장으로 조향 및 3D 프린팅(Printing) 혈관 모델(Model)에서의 트래킹(Tracking) 기능을 평가하였다. 제작된 마이크로로봇은 자기장을 이용해서 최대 80 도가량 모든 방향으로 꺾이는 것을 확인하고, 최대 60 도의 분지관 각도를 갖는 단일 분지관 모델에서 트래킹을 확인하였다. 이 마이크로로봇을 분석하기 위해서 오일러-베르누이 빔이론에서 도출된 비선형정식과 유한요소법(FEM)을 활용한 다중물리 모델을 MATLAB 과 COMSOL Multiphysics와 같은 상용 소프트웨어(Software)를 이용하여 진행하였다. 실험, 비선형 방정식의 해,유한요소법의 결과를 이용하여 자기장 세기와 방향에 따른 마이크로로봇의 변형각도의 관계를 그래프로 표현하였다. 가이드와이어 기반의 마이크로로봇을 다수의 분지관을 갖는 3D 프린팅된 혈관망 모델에서 자기장을 이용해 끝단을 제어하는 데모(Demo)를 보여주었다. 본 연구를 위해 제작된 가이드와이어 기반의 유연한 마이크로로봇은 가이드와이어의 역할을 수행하여 원격으로 제어하였다. 따라서 본 마이크로로봇은 혈관 치료를 위한 로봇 보조 관상동맥 중재술(Roboticassisted percutaneous coronary intervention (PCI))의 가능성을 갖고 있다. ⓒ 2017 DGIST | - |
| dc.description.degree | Master | - |
| dc.contributor.department | Robotics Engineering | - |
| dc.contributor.coadvisor | Choi, Ji Woong | - |
| dc.date.awarded | 2017. 2 | - |
| dc.publisher.location | Daegu | - |
| dc.description.database | dCollection | - |
| dc.date.accepted | 2017-01-18 | - |
| dc.contributor.alternativeDepartment | 대학원 로봇공학전공 | - |
| dc.contributor.affiliatedAuthor | Lee, Jeong Hun | - |
| dc.contributor.affiliatedAuthor | Choi, Hong Soo | - |
| dc.contributor.affiliatedAuthor | Choi, Ji Woong | - |
| dc.contributor.alternativeName | 이정훈 | - |
| dc.contributor.alternativeName | 최홍수 | - |
| dc.contributor.alternativeName | 최지웅 | - |
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- Department of Robotics and Mechatronics Engineering Theses Master
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