Tremor is a symptom of involuntary movements resulting from complementary oscillative contractions of agonistic and antagonistic muscles. The physiological hand tremor, even found in normal person, is a non-stationary signal with an amplitude of 50 ~ 150μm and a frequency of 10-12Hz. In microsurgical application, since delicacy and complexity of the surgical procedure are required in surgical procedures, the physiological tremor has been a longstanding problem. Especially, Epiretianl membrane (ERM) peeling is the procedure of removing the 10 μm thickness of ERM on the surface retina, whose thickness is approximately 200 μm and can be easily penetrated by unwanted tremor motion during this surgery. The objective of this study is to design the tremor canceling mechanism for microsurgical applications.
The Linear Delta parallel manipulator has been proposed as a tremor compensation device. Tremor canceling mechanism using this parallel manipulator has several advantages in suppressing the tremor : the numerical error can be reduced since the manipulator has the inherited structural property of having relatively simple kinematics and Jacobian matrix. Also, it has a relatively large workspace in the direction of movement in the z-axis, which is applicable to ensure the prime mobility in microsurgery. Lastly, as it doesn`t include any additional computation related to coordinate transformation, computational efficiency can be improved.
In this study, the hardware/software of the proposed manipulator were designed and developed to extract the tremulous signal and to compensate it in anti-phase. The performance of the proposed mechanism indicates the results appropriate for microsurgical applications.
떨림(tremor)은 상보적으로 움직이는 주동근, 길항근(agonistic and antagonistic muscles)의 복합 운동에 의해 발생되는 불수의적인 현상이다. 정상인에게도 50~150μm의 진폭과 10-12Hz의 주파수의 비정상(non-stationary) 생리학적 손떨림(physiological tremor)이 존재한다. 특히 수술 절차의 섬세함과 복잡함이 요구되는 미세 수술에서는 이러한 손떨림 현상 문제가 오랫동안 제기되어 왔다. 특히, 이 중 망막 앞막 (Epiretinal membrane, ERM) 제거술은 200μm 두께를 갖는 망막 앞에 생성되는 10μm의 얇은 막을 제거하는 시술로써, 시술에서 발생되는 약 100μm정도의 손떨림 현상은 여러 문제가 되고 있다.
한편, 선형 델타 메니퓰레이터(Linear Delta Manipulator)는 3자유도 X,Y,Z의 선형 움직임을 갖고 간단한 구조적 특성을 갖는다고 알려져 있다. 따라서, 선형 델타 병렬 메니퓰레이터를 이용하는 손떨림 보상 메커니즘은 여러 장점을 갖는다. 비교적 간단한 기구학 식과 Jacobian 등으로 제어 등 여러 수치적인 오차를 줄일 수 있고, z 방향으로의 작업공간이 크기 때문에 미세수술에서의 가장 중요한 움직임을 보장해 줄 수 있다. 또한, 손떨림 현상을 제거하기 위해 사용된 메니퓰레이터들에서 존재했던 좌표 변환 과정을 줄임으로써 계산 효율이 개선될 수 있다.
본 논문에서는 손떨림 신호를 추출하고 이를 보상하기 위한 하드웨어/소프트웨어가 설계되고 개발되었다. 제안된 메커니즘은 미세 수술에서의 손떨림을 보정하기 위해 적절히 사용될 것으로 기대된다.
