Роботи асистенти по време на операции. Седемте най-обещаващи медицински робота

Въведение

В ерата на бързо развитие на науката и технологиите се появяват най-много различни иновации различни полета. Медицината също не стои неподвижна, появяват се нови най-сложни устройства за поддържане на човешкия живот, много устройства могат да бъдат пример за това, например устройство за изкуствена белодробна вентилация или устройство за изкуствен бъбрек и др. Появиха се миниатюрни измерватели на кръвната захар, електронни измерватели на пулса и налягането, този списък може да бъде допълван многократно.

По-конкретно бих искал да се спра на примера с въвеждането на роботиката в медицинската индустрия. Различни роботи са създадени от човека от края на 20 век, през последното време те са значително подобрени и модернизирани.

Роботи в медицината

Фигура 1 - Робот-хирург "Да Винчи"

Едно от най-известните и прославени постижения напоследък беше роботът Да Винчи, кръстен на великия инженер, художник и учен Леонардо да Винчи, който навремето е проектирал първия антропоморфен робот, способен да движи крака и ръце и да извършва други действия (Фигура 1). Тази модерна техника съчетава всички предимства на класическата и лапароскопската хирургия. По време на операцията хирургът се намира на удобен контролен панел, на екрана се показва триизмерно изображение на оперираната област. Удобството на работа с такова дистанционно управление има положителен ефект върху работата на хирурга, тъй като той не се уморява, както при стандартна хирургическа интервенция.

Фигура 2 - Джойстики на термоманипулатора

Хирургът управлява телеманипулатора с помощта на специални джойстици, които реагират на докосване на върха на пръстите (Фигура 2). Движенията му се възпроизвеждат с абсолютна точност от роботиката. Това осигурява високо качестворабота и подобряване на безопасността. В реално време движенията на хирурга се предават на операционната маса на системата.

Хирургическият робот Da Vinci е оборудван с ултрапрецизни манипулатори от 4 ръце, едната от които има вградена камера, която предава изображения в реално време към конзолата, други две заместват ръцете на хирурга по време на операцията, а четвъртата служи като асистент (Фигура 3).

Фигура 3 - Робот манипулатори

С помощта на точка, поставена в края на лапароскопските рамена, се правят разрези от 1-2 см. Благодарение на такива малки разрези се намалява нивото на травматизъм на тъканите.

Точността на движение на механичните манипулатори надхвърля възможностите на човешките ръце. Със седем степени на свобода и възможност за огъване на 90 градуса, ръцете на робота имат широк обхват на движение. Незаменим е за хирургична интервенцияв затворени пространства, например при работа със сърдечна торба или малък таз. Екип от човешки асистенти наблюдава работата на робота да Винчи, подготвяйки мястото за разрези, следейки хода на операцията, носейки стерилни инструменти.

В момента роботът е оборудван с най-модерните "очи" в света. Той имаше триизмерно зрение преди, но висока разделителна способност беше постигната едва сега. Нова версияпозволява на двама хирурзи да наблюдават операцията едновременно. Един от тях може както да помага, така и да се учи от старши колеги. На работния дисплей може да се показва не само картината от камерите, но и два допълнителни параметъра, като данни от ултразвук и ЕКГ.

Многораменният da Vinci ви позволява да работите с голяма прецизност и следователно с минимална намеса в тялото на пациента. В резултат на това възстановяването след операция е по-бързо от обикновено.

Фигура 4 - Диагностичен робот Rosie

Роузи е робот-фармацевт, базиран в Албакърки, Ню Мексико.

Задачата на Роузи е да подготви и раздаде стотици лекарства. Работи денонощно, практически не прави почивки и в същото време изобщо не греши. За две години и половина работа в болничната аптека няма нито един случай, когато на пациента е изпратено грешно лекарство. Точността на работата на Роузи е 99,7 процента, което означава, че сортирането и дозировката на предписаните лекарства никога не се различават от тези, посочени в лекарските рецепти.

Устройството, тежащо над 4,5 тона, е разработено от подразделението Enterprise Community Solutions на Intel Corporation. Плъзгайки се по метална релса, Роузи вдига пакети, пълни с хапчета, висящи по стените с механична „ръка“. След това тя поставя тези торбички, всяка етикетирана с баркод, в пликове и ги изпраща из стаите на пациента в контейнери за пневмопоща.

В отделението медицинска сестра сканира с малко устройство китката на пациента и получава информация какви лекарства трябва да приема, кога и колко. След това медицинската сестра сканира баркода на опаковката на лекарството - това ви позволява да проверите дали лекарството наистина е предназначено за този конкретен пациент и дали честотата и дозировката са същите.

Rosy също помогна за навременното откриване на много грешки. Роузи никога няма да изпрати лекарство на болен човек с просроченвалидност. Ключът към неговата точност са държавните стандарти за контрол на качеството, вградени в електронния мозък на машината. Междувременно, според Националния институт по здравеопазване във Вашингтон, около 50 000 души умират всяка година поради грешки в лекарствата в страната. Но приготвянето и разпространението на лекарства не е единственият проблем, който презвитерианската болница е решила с помощта на Роузи. Преди да се появи, беше много трудно да се следи освобождаването на лекарства: служителите прекарваха много време в броене на хапчета, така че нито едно от тях да не остане в неизвестност. Днес роботът Роузи ги освободи от тази рутинна работа.

Фигура 5 - Детегледачка робот

Роботът детегледачка се грижи за болни хора, по-специално за тези, страдащи от болестта на Алцхаймер (Фигура 5).

Улеснява комуникацията на пациентите с лекари и близки. Оборудван с камера, екран и всичко необходимо безжична комуникациячрез интернет роботът Companion позволява на лекаря да се свърже с пациента, който се намира в специализирана клиника. Роботът се използва и за обучение на персонал, за подпомагане на пациенти с двигателни проблеми и за комуникация с деца. Колкото и да е странно, пациентите, които обикновено не са склонни да приемат нещо ново, реагираха доста добре на механичния събеседник: сочеха го, смееха се, дори се опитваха да говорят с него.

Според Юлин Уанг, изпълнителен директор на InTouch Health, компанията, създала машината, използването на роботи в грижата за възрастни хора може да облекчи проблема със застаряването на нацията. Междувременно компанията ще отдава своите роботи под наем на старчески домове.

Фигура 6 - Робот физиотерапевт

Истинска крачка в бъдещето направиха инженери от Масачузетския технологичен институт, които замениха физиотерапевта с робот. Както знаете, хората, претърпели инсулт, забравят за обичайния си живот за дълго време. В продължение на много месеци и дори години те отново се научават да ходят, да държат лъжица в ръцете си, да извършват онези ежедневни действия, за които дори не са мислили преди. Вече могат да им помагат не само лекари, но и роботи.

Говорим за физиотерапевтични сесии, необходими за възстановяване на координацията на движенията на ръцете. Сега пациентите обикновено работят с лекари, които им показват подходящите упражнения. В рехабилитационния отдел на Бостънската градска болница, където се тества нова инсталация, реконвалесцент след инсулт е помолен да използва джойстик, за да премести малък курсор на екрана по дадена траектория. Ако човек не може да направи това, компютърно управляван джойстик с помощта на вградени електродвигатели ще премести ръката му в желаната позиция.

Лекарите бяха доволни от работата на новостта. За разлика от човека, роботът може да извършва едни и същи движения хиляди пъти на ден, без да се изморява.

Фигура 7 - Комплекс KineAssist

Има и комплекс KineAssist (Фигура 7). Това е съвместна разработка на Chicago Rehabilitation Institute и kinea Design (преди Chicago PT). Лекарите и инженерите, които са работили по този проект, в резултат на изследване идентифицираха основните проблеми, които възникват при рехабилитацията на пациенти с увредена опорно-двигателна система. Основната цел на KineAssist е да осигури по-интензивно и ефективно лечениепациенти, без да се нарушава тяхната физическа и психологическа връзка с физиотерапевтите и елиминира фактора страх от падане.

Устройството от 227 кг е механизирана платформа с „интелигентни“ ремъци за поддържане на торса, за да помогне на пациентите с неврологични увреждания да се научат да балансират и да ходят. KineAssist е проектиран да помага на терапевтите, а не да ги замества. Сензори, вградени в лентите, предсказват движенията на пациента и му помагат да поддържа равновесие. Като се има предвид, че пациентът вече е в безопасност, физиотерапевтите могат да предложат на пациента да изпълнява по-трудни упражнения, като например да практикува ходене по стълби или да прави крачки встрани. Въпреки теглото си, симулаторът се движи напред, назад и настрани с лекотата на балетист в зависимост от посоката на движение на пациента. Благодарение на специален софтуер, физиотерапевтът може да регулира натоварването и интензивността по време на занятията.

Оферти на KineAssist голям бройрежими и видове упражнения, основните от които са:

• - ходене (възможно е използването на KineAssist заедно с бягаща пътека);
• - тренировка за баланс. По време на това упражнение инструкторът се опитва да разшири „зоната на безопасност“, позната на пациента, например, като постави препятствие пред него, което ще трябва да бъде заобиколено или прекрачено;
• - силова тренировка, при която, когато пациентът се движи, симулаторът прилага съпротива (възможно е обучение на различни мускулни групи);
• - Обучение за поза. В този режим инструкторът фиксира тялото на пациента в определена позиция, а по време на упражненията симулаторът поддържа точно тази позиция на тялото.

KineAssist може да се използва както за лечение на пациенти, при които двигателните функции са се възстановили относително добре, така и за начална рехабилитация на по-слаби пациенти непосредствено след нараняване или заболяване. От 2004 г. KineAssist е успешно тестван в рехабилитационни центрове в Съединените щати (понастоящем в болницата за рехабилитация Alexian). Предварителните статистики за преживели инсулт показват, че рехабилитацията на трениралите на роботизиран симулатор е поне два пъти по-ефективна. За съжаление, поради високата цена (повече от 200 000 щатски долара), само най-големите медицински институции могат да си позволят този комплекс.

Фигура 8 - RIBA робот за трансфер на пациенти

Японски институт по физика и химически изследвания(BMC RIKEN) и Tokai Rubber Industries (TRI) представиха робот с форма на мечка, предназначен да помага на медицински сестри в болници. Нова колабуквално носи пациенти на ръце (Фигура 8).

RIBA (Robot for Interactive Body Assistance) е подобрена версия на RI-MAN android.

В сравнение с предшественика си, RIBA постигна значителен напредък.

Подобно на RI-MAN, начинаещият може леко да вдигне човек от легло или инвалидна количка, да го носи на ръце, например до тоалетната, след което да го върне обратно и също толкова внимателно да го постави в леглото или да го постави в количка. Но ако RI-MAN превозва само кукли с тегло 18,5 кг, фиксирани в определена позиция, RIBA вече транспортира живи хора с тегло до 61 кг.

Височината на "мечката" е 140 сантиметра (RI-MAN - 158 см), а теглото й с батериите е 180 килограма (предшественикът - 100 кг). RIBA разпознава лица и гласове, изпълнява гласови команди, навигира в събраните видео и аудио данни, които обработва 15 пъти по-бързо от RI-MAN и „гъвкаво“ реагира на най-малките промени в околната среда.

Ръцете на новия робот имат седем степени на свобода, главата има една (по-късно ще има три), а талията има две степени. Тялото е покрито с нов мек материал, разработен от TRI, подобен на полиуретанова пяна. Двигателите са сравнително тихи (53,4 dB) и многопосочните колела позволяват на машината да маневрира в тесни пространства.

Фигура 9 - Робот асистент Юрина

Постепенно ще бъдат въведени роботи-асистенти, чиято задача ще бъде директно да помагат на лекарите, тези модели вече се използват в някои клиники по чуждестранна медицина. Yurina, робот от японската компания Japan Logic Machine, е в състояние да носи приковани към леглото пациенти като болнична количка, само че много по-плавно (Фигура 9).

По-интересното е, че Yurina може да се трансформира в инвалидна количка, управлявана от сензорен екран, контролер или глас. Роботът е достатъчно сръчен, за да се придвижва в тесни коридори, което го прави наистина добър помощник на истински лекари.

Фигура 10 - Допълнителна ръка на робот Rapuda

Най-новата разработка на Японския институт за изследване на интелигентни системи (Intelligent Systems Research Institute) също има чисто практическа употреба. роботизирана ръка Rapuda се фокусира върху улесняването на живота на хората с двигателни проблеми Горни крайници(Фигура 10). Ръка, управлявана с джойстик, вдига чаша вода от масата и дори вдига паднали на пода предмети.

Засега създателите не могат да кажат кога и на каква цена Rapuda ще бъде достъпна за широк кръг купувачи. Определено все още си струва да се работи върху скоростта на манипулация. Но можем да кажем със сигурност - тази технология определено ще бъде търсена, така че развитието продължава.

робот хирург

На конференцията в Калифорния производителят NVIDIA обяви много смела идея - да се извърши сърдечна операция без сърдечен арест и отваряне на гръдния кош.

Роботът хирург ще извърши операцията с помощта на манипулатори, докарани до сърцето през малки дупки в гърдите на пациента. Технологията за изображения в движение дигитализира биещото сърце, показвайки на хирурга 3D модел, който той може да навигира по точно същия начин, както ако гледа сърцето през отворен гръден кош. Основната трудност се крие във факта, че сърцето прави голям брой движения за кратко време- но, според разработчиците, мощността на съвременните изчислителни системи, базирани на NVIDIA GPU, е достатъчна, за да визуализира органа, синхронизирайки движенията на инструментите на робота със сърдечния ритъм. Благодарение на това се създава ефектът на неподвижност - за хирурга няма значение дали сърцето "струва" или работи, защото манипулаторите на робота правят подобни движения, компенсирайки биенето!

Досега цялата информация за тази невероятна технология се състои от кратка видео демонстрация, но ще очакваме с нетърпение повече информация от NVIDIA. Кой би предположил, че компания за графични карти планира да направи революция в хирургията.

Днес роботиката завладява различни области, в които, изглежда, хората винаги ще работят. Една от тези области е медицината. Днес роботите го правят сложни операцииили да замени жизненоважни за хората органи. И така, представяме ви 10 медицински робота.

щека

Биологът Аюб Хатак и дизайнерът Клинт Север създадоха устройство, което трябва да помогне на хората, които се чувстват зле. Устройството Cue, което анализира здравословното състояние на своя потребител, е с компактни размери, което улеснява ежедневната му употреба. На този момент Cue показва нивото на витамин D, тестостерон, а също така знае как да определи способността на човек да се възпроизвежда. Освен това устройството открива наличието на заболявания като ХИВ и грип у собственика си. За да се направи анализ, проба от слюнката, кръвта или лигавицата на потребителя трябва да се постави в специален патрон. Анализът се извършва в рамките на няколко минути.

Убот-5

Университетът на Масачузетс създаде робот, който помага на хората да оцелеят след инсулт. Така през 2013 г. Ubot-5 помогна на 72-годишен мъж със сърдечни проблеми да се възстанови. Роботът е в състояние да оцени състоянието на речта на пациента, както и да му приложи физиотерапия. В резултат на работата на Ubot-5 с пациента се наблюдава положителен ефект както в областта на движението, така и в областта на речта на пациента.

Аргус II

Second Sight разработи устройство, което може частично да възстанови зрението на незрящи. Първо трябва да се имплантира специален електроден масив. Освен това имате нужда от слънчеви очилас миниатюрна видеокамера. Изображението, което влиза в обектива на тази видеокамера, се предава на визуалния процесор, който се намира на колана на потребителя. След това визуалният процесор изпраща данните за изображението към очилата под формата на 60-пикселови черно-бели изображения, които от своя страна се предават на матриците, споменати по-горе. Електродите на тези матрици действат върху фоторецепторите и клетките, които предават сигнали от фоторецепторите към зрителния нерв. Разбира се, Argus II предава изображения на потребителя под формата на доста груби форми това устройствопомага на незрящите да се ориентират в пространството.

Lightbot

Дизайнери от японската компания NSK създадоха робот-водач Lightbot, способен да помага на незрящи хора, както и на хора с двигателни проблеми. Lightbot се ориентира в околния свят с помощта на триизмерен сензор. Роботът може да разпознае препятствие, да се движи нагоре и надолу по стълбите. Благодарение на колелата, Lightbot може не само да ходи, но и да язди. Между другото, скоростта на робота зависи от скоростта на човека, който го използва.

Робокаст

Учени от Великобритания, Германия, Италия и Израел създадоха роботизираната система Robocast в помощ на неврохирурзите. Основната задача на тази система е да помага при операции по трепанация на мозъка. Както е известно, тази операцияе изключително опасно и отнема много време: грешка на милиметър може да доведе до необратимо увреждане на мозъка. Robocast има мозъчно-компютърна система, която включва автоматичен инструмент за планиране на пътя на инструмента, механизъм за управление с обратна връзка, набор от полеви сензори, микроконтролери и два робота. Така големият робот управлява малкия си колега, поставя го на правилното място и го координира правилната посока. Необходим е малък робот, който да вкара хирургически инструмент в мозъка на пациента. Освен това Robocast винаги може да бъде превключен на ръчно управление.

Veebot

Един обикновен лекар не винаги влиза във вената от първия път. Затова Veebot е създаден от Mountain View за събиране на кръв. Роботът определя местоположението на вената в ръката на пациента с помощта на камера, специален софтуер и инфрачервено осветление, а Weebot изследва вената с ултразвук. Така роботът определя, че дебелината на вената е достатъчна за пункция.

Робот със 7 пръста

Учени от Масачузетския технологичен институт създадоха специално устройство, което увеличава броя на пръстите на ръката до седем. На първо място, допълнителните пръсти са предназначени за хора, които трябва да използват само една ръка. Движенията на механичните пръсти се контролират от биологичните пръсти на потребителя. С други думи, допълнителните пръсти копират движенията, които човек прави (например хващане). Освен това, благодарение на своите сервомотори, допълнителните пръсти могат да развият сила, равна на тази на нормалните пръсти.

Робот медицинска сестра VGo

Американската компания Vgo Communication създаде робот-медицинска сестра за пациенти, който е тестван в една от бостънските детски болници. Основните задачи на робота VGo са да помогне на пациентите да се възстановят, както и да им осигури комуникация с външния свят. Например, благодарение на робота VGo, децата, които се лекуват в болница, могат да посещават училище дистанционно. Освен това роботът позволява на болничната администрация да контролира дейността на своите подчинени. Височината на VGo е 164 сантиметра, движи се на четири колела. VGo може също да направи кръвен тест на пациенти.

Амиго

Учени от университета в Лестър (Великобритания) са проектирали медицински робот Amigo, чиято задача е да лекува сърдечни аритмии. Роботът може да помогне на лекарите да поставят катетър в увредените зони на сърцето. Амиго също може да поднесе чаша вода на болния. Роботът е свързан към една мрежа, която обединява различни роботи по целия свят. Целта на тази мрежа е да комбинира информация за възможностите на роботите, както и да създава софтуери навигационни карти, които трябва да направят тези роботи по-достъпни за използване.

джукусуи-кун

Д-р Кабе, който работи в лаборатория в японския университет Васеда, създаде робот с възглавница, наречен Jukusui-Kun. Възглавницата прилича на плюшена играчка мече. Основните потребители на Jukusui-Kun са страдащи хора синдром на сънна апнеясън. По време на сън такива хора изпитват затруднено дишане - те са измъчвани от хронично хъркане. Възглавницата-робот се предлага с безжичен сензор, който се поставя под чаршафа, безжичен сензор, който се прикрепя към пръста на пациента и микрофон. Възглавницата анализира състоянието на потребителя по време на сън, нивото на шума, движенията на спящия, както и количеството кислород в кръвта. Джакусуи-Кун реагира на движенията на спящия чрез поглаждане, след което човекът заема най-благоприятната позиция за сън.

слайд 2

Медицинска роботика

За възстановителна медицина и рехабилитация Роботи за поддържане на живота Роботи за диагностика, терапия, хирургия Активни биоуправляеми протези, екзоскелети Точков и класически масаж, фотьойли Активни и пасивни движения на крайниците в ставите Минимално инвазивни за диагностика и хирургия Инструменти за хирургическа насочваща услуга за възрастни хора автоматична стая

слайд 3

Робот "Локомат" за извършване на движения с крайници в тазобедрени, коленни и глезенни стави.

слайд 4

активна колянна протеза Активни протези и екзоскелети

слайд 5

протези активна пасивна протозойна тракция Миотонична биоелектрическа Без обратна връзка С обратна връзка тракция

слайд 6

робот Unimate Puma 560 Първият хирургически робот Unimate Puma 560 е създаден в края на 80-те години в Америка. Този робот всъщност беше голяма ръкас два израстъка с нокти, които могат да се въртят един спрямо друг. Обхват на движение - 36 инча. Роботът имаше доста ограничен обхват на движения и се използваше в неврохирургията за задържане на инструменти по време на стереотаксична биопсия.

Слайд 7

През 1998 г. се появява активният робот ZEUS, предназначен за дистанционна ендоскопска хирургия. Паралелно със ZEUS е създадена друга подобна система, наречена DA VINCI. ЗЕВС

Слайд 8

ХЕКСАПОД