TIBBİ ROBOTİK ARAŞTIRMALARI !

Fauda · 6 Tem 2021

TIBBİ ROBOTİK ARAŞTIRMALARI

Tıbbi Robotiğe Giriş Robot nedir?
Robot kelimesi, bir Çek romancı Karel Čapek tarafından 1920'de Rossum Universal Robots (RUR) adlı bir oyunda kullanıldı * Çek'te Robot, işçi veya hizmetçi için kullanılan bir kelimedir.
" Karel Čapek'in oyun için, Çekçe robota "zorunlu çalıştırma" kelimesine dayanan robot kelimesi , çoğu modern dilin parçası haline geldi" - Lewis, Utopian Edebiyat, s. 38-9.
"Robot, malzemeleri, parçaları, araçları veya özel cihazları çeşitli görevleri yerine getirmek için değişken programlanmış hareketler yoluyla taşımak için tasarlanmış yeniden programlanabilir, çok işlevli bir manipülatördür" - Robot Institute of America, 1979.
Önceki tanım, tek bir görevi olan araçları (örneğin bir zımbalayıcı) ve hareket ettirilemeyen her şeyi (görüntü analizi algoritmaları) ve programlanamayan mekanizmaları (sadece manuel laparoskopik araçlar) dışarıda bırakır. Sonuç olarak, robotlar genellikle programlanabilir hareketler gerektiren görevler için, özellikle de bu hareketlerin hızlı, güçlü, hassas, yorulmadan ve karmaşık eklemlerle olması gerektiğinde endikedir. 1
Genellikle bir robotun insan gibi görünmesi gerektiğini hayal ederiz, ancak bu adam daha doğrusu bir "android": insan görünümüne sahip bir robot. Gerçek şu ki, androidler, insanlara günlük aktivitelerinde yardımcı olmak için mevcut tüm robotların küçük bir yüzdesidir.

Robotik:

Robotik, insan eylemlerinin yerini alan veya kopyalayan robot adı verilen makineler üreten bilim, mühendislik ve teknolojinin kesişimidir.
Teknoloji ilerledikçe, robotik olarak kabul edilen şeyin kapsamı da artmaktadır. 2005'te robotların %90'ı otomobil fabrikalarında otomobil montajı yapıyordu. Esas olarak, görevi bir arabanın belirli parçalarını kaynaklamak veya vidalamak olan mekanik kollardan oluşurlar. Bugün, dünyadaki en zorlu koşulları araştıran, kolluk kuvvetlerine yardımcı olan ve hatta sağlık hizmetlerinin neredeyse her yönünü keşfeden robotların geliştirilmesi, yaratılması ve kullanılması dahil olmak üzere, robotiğin gelişmiş ve genişletilmiş bir tanımını görüyoruz.

Robotik Kanunları 2

Isaac Asimov, I, Robot adlı kitabında üç " Robot Yasası" önerdi. Sonra da "Sıfır Yasası"nı ekledi.
+ Kanun 0: bir robot insanlığa zarar veremez veya hareketsiz kalarak insanlığın zarar görmesine izin veremez
+ Yasa 1: bir robot, daha yüksek bir yasayı ihlal etmediği sürece, bir insanı yaralayamaz veya eylemsizlik yoluyla bir insanın zarar görmesine izin veremez
+ Kanun 2: bir robot, kendisine verilen emirlere, daha yüksek bir kanunla çelişmediği sürece, bir insan tarafından verilen emirlere uymalıdır.
+ Yasa 3: bir robot, daha yüksek bir yasa ile çelişmediği sürece kendi varlığını korumalıdır
Yukarıda anlatılanlar kurgudur ve öyle alınması gerekir, ancak insanlara günlük yaşamlarında yardımcı olacak bir araç olarak geliştirilecek olan yapay zeka (AI) hakkında düşünmeye başlarsak faydalı olur ve dikkate alınabilir. faaliyetler.

Bunu akılda tutarak, robotların insanlara yardım ettiği, aşağıda açıklandığı gibi tonlarca faydalı aktivite düşünebiliriz: (Erika Mendes gönderisinden uyarlanmıştır). 3

Kirli işler. İmalatta, birçok fabrika işi kirli. Kirli görevler kaynak, taşlama, kalıplama ve döküm içerebilir. Bu görevleri yerine getirmek için robotları kullanmak, insan işçilerin daha anlamlı ve yaratıcı faaliyetlerde bulunmasını sağlar.
Tekrarlayan görevler. Robotlar güvenilir işçilerdir. Duyguları yoktur ve bu nedenle önemsiz görevleri yerine getirirken kendilerini işe yaramaz hissetmezler. Çoğu insan için tekrarlayan endüstriyel görevler çok sıkıcıdır. Örneğin, bir robotun tek görevi, bir çeteden bir nesneyi alıp bir kutuya koymak olabilir. Robot bu görevi tüm gün, her gün, hiç sıkılmadan gerçekleştirebilir. Diğer bazı örnekler şunlar olabilir: ürünleri kutulara paketlemek veya ağır nesneleri art arda kaldırmak.
Tehlikeli görevler. Üretimde, robotlar genellikle insanlar için çok tehlikeli olan görevleri yerine getirir. Aşırı sıcaklıkları içeren görevler için robotların kullanılması, iş yerinde kaza riskini azaltır. Robotlar, imalattaki tehlikeli görevlerin yanı sıra, kara mayınlarını kaldırmak, kurtarma görevlerine yardımcı olmak ve toksik sızıntıları etkisiz hale getirmek gibi diğer önemli ancak tehlikeli faaliyetleri gerçekleştirmek için de kullanılır. Polis robotları, patlayıcı cihazları etkisiz hale getirmek ve kaldırmak için kullanılır. Bazen polisin cihazı yerinde patlatması gerekiyor. Bazı robotlar o kadar serttir ki birden fazla patlamadan kurtulabilirler.
İmkansız görevler. Derin su altında çalışmak, kısa mesafelerde aktif volkanları keşfetmek veya çok uzak gezegenlere seyahat etmek, insanlar için imkansız görevlerdir. Robotlar genellikle batık gemileri veya uçakları bulmak için sualtı kurtarma görevlerini yerine getirmek üzere çağrılır. 1985 yılında, bir araştırma ekibi ve Jason Junior adında bir robot Titanik'i buldu. Okyanus yüzeyinin bir mil altında çalışan sualtı robotları, Meksika Körfezi'ndeki petrol sızıntısını durdurma mücadelesinde hayati bir rol oynadı.
Yardım görevleri. Dünyanın en gelişmiş robotları artık artan yaşlı yetişkin ve engelli vatandaşlarımızı desteklemek için tasarlandı. Talimatları anlayan ve herhangi bir ev işinde yardımcı olan bir dizi ev robotu vardır. Robotlar, ameliyatları gerçekleştirirken cerrahlara yardımcı olmak gibi tıbbi ortamlarda da yardımcı olabilir. Aynı şekilde yapay uzuvların kullanımı ve kontrolü ile engelli kişilere destek olabilirler.

Robotik neden önemlidir?

Başvurulan örneklerde gördüğümüz gibi robotik, hayatımızın birçok alanında uygulamaları olan yeni bir alandır. Çevremizdeki teknolojiyi anlamak, toplumun tüm üyeleri için önemlidir. Ancak öneminin tek nedeni bu değildir. Robotik, STEM'in yapı taşlarının benzersiz bir kombinasyonunu sağlar: bilim, teknoloji, mühendislik ve matematik. Okullarda öğretildiğinde, öğrencilerin heyecan verici ve modern bir konuyu inceleyerek gerçekten disiplinler arası bir ders deneyimi yaşamalarını sağlar. Ayrıca estetik - robotların tasarımı ve yaratılması - öğrencilerin teknik ilkelerle çalışırken sanatsal yönlerini keşfetmelerine olanak tanır. Bu kombinasyon, katılımcıları çok sayıda farklı öğrenme düzeyiyle ödüllendirir.

Tıbbi robotik

Credence Research'ün yakın tarihli bir raporuna göre, küresel tıbbi robotik pazarıa 2015 yılında 7,24 milyar dolar değerindeydi ve 2023 yılına kadar 20 milyar dolara ulaşması bekleniyor. Bu büyümenin temel itici gücü robotları minimal invaziv ameliyatlarda, özellikle nörolojik, ortopedik ve laparoskopik prosedürlerde kullanma talebidir. Sonuç olarak, tıbbi ortamda çeşitli rollere hizmet etmek için çok çeşitli robotlar geliştirilmektedir. İnsancıl tedavi konusunda uzmanlaşmış olanlar arasında cerrahi ve rehabilitasyon robotları bulunmaktadır. Yardımcı ve tedavi edici robotik cihazlar alanı da hızla genişlemektedir. Felç gibi ciddi durumlarda hastaların rehabilitasyonuna yardımcı olan robotlar, yaşlıların bakımına yardımcı olan empatik robotlar veya fiziksel veya zihinsel sorunları olan kişiler,4.5
Tıbbi robotlar, 1990'lardan bu yana ortaya çıkan çeşitli çalışmalarda değerlendirilmiştir.Bu değerlendirmelerin çoğu, örneğin cerrahi robotlar, ürolojik robotlar, spinal robotlar vb. gibi belirli alanlara atıfta bulunur.
Bu teknolojilere ve hastaların tedavisinde kullanımlarına genel bir bakış sunmak için mevcut olanların terapötik alana göre kapsamlı bir değerlendirmesini yapmaya çalışacağız.

Nörolojik
Beyin cerrahisi, hassas dokularla çevrili bir hedefe erişmeyi içerir. Robotların tıbbi görüntülere dayalı olarak kesin ve kesin hareketler yapma yeteneğinden yararlanan bir görev. Böylece, insan cerrahisinde bir robotun kullanımını araştıran ilk kayıt raporu, bilgisayarlı tomografi (BT) görüntüsü ve stereotaktik bir çerçeve kullanılarak bir beyin biyopsisi için 1985'te yayınlandı.
1991 yılında, Minerva robotu (Lozan Üniversitesi, İsviçre), beyindeki araçları gerçek zamanlı olarak CT rehberliğinde yönlendirmek için tasarlandı.
Başka bir robotik sistem olan Pathfinder (Prosurgics, eski adıyla Armstrong Healthcare Ltd.), cerrahın ameliyat öncesi tıbbi görüntü üzerinde bir hedef ve yörünge belirlemesine olanak tanır. Robot, aleti milimetrenin altında bir hassasiyetle yönlendirir. Sistemin rapor edilen kullanımları arasında biyopsi iğnelerinin yönlendirilmesi ve perforatörlerin delik açmaya yönlendirilmesi yer alır.
Ortopedi
Ortopedide robot yardımının beklenen yararı, kesin ve doğru kemik rezeksiyonudur. İyi kemik rezeksiyonu sayesinde robotik sistemler, implant hizalamasını iyileştirebilir ve implant ile kemik arasındaki temas alanını artırabilir, her ikisi de fonksiyonel sonuçları ve implant ömrünü iyileştirebilir. Ortopedik robotlar şimdiye kadar değiştirmeler ve yüzey yenileme için kalça ve dizleri hedef aldı. Başlangıç sistemleri kemiklerin yerinde sabitlenmesini gerektirir ve tüm sistemler cerrahi bölgeyi bulmak için kemik vidaları veya pimleri kullanır.
genel laparoskopi
Yumuşak doku cerrahisi robot yardımı ilk olarak 1988 yılında prostatın transüretral rezeksiyonu sırasında yumuşak dokuyu aktif olarak çıkarmak için endüstriyel bir robot kullanılarak yapıldı. Nöroşirürjide olduğu gibi, araştırmacılar ameliyathanede endüstriyel bir robot kullanımını güvensiz olarak gördüler. Deneyim, aynı amaca sahip bir araştırma sistemi olan probot için itici güç sağladı.
1995'te Computer Motion, Zeus sistemini oluşturmak için Aesop ile işlenmiş iki uzun kolu birleştirdi (üretilmiyor). Zeus'un makineyle işlenmiş kolları, cerrahın konsolundaki alet kontrolleriyle ("ana" kollar veya düğmeler olarak da bilinir) yaptığı hareketlerle teleoperasyona tabi tutuldu. Teknik olarak Zeus, programlanabilir hareketleri takip etmediği için bir robot değil, etkileşimli robotik kolları olan uzaktan bilgisayar destekli bir telemanipülatördür. Takım hareketinde hassasiyeti artırmak için Zeus, el titremesini filtreler ve takım hareketlerini kısaltmak ve iyileştirmek için büyük el hareketlerini ölçekleyebilir.
Bu arada, Intuitive Surgical Inc., Da Vinci'yi geliştiriyordu. Zeus gibi Da Vinci de, cerrahın bir konsol üzerindeki alet kontrollerini manipüle ettiği ve robot kollarının bu hareketleri hareket ölçeklendirme ve sallama azaltma ile takip ettiği teleoperasyonlu bir sistemdir. Zeus gibi, Da Vinci de başlangıçta bir arabaya monte edilmiş iki alet ve bir endoskop tutmak için üç kolla teklif edildi.
Yönlendirilebilir kateterler
Vasküler kateterizasyon, doğrudan basınç ölçümleri, biyopsi, atriyal fibrilasyon için ablasyon ve tıkalı kan damarları için anjiyoplasti dahil olmak üzere çeşitli kalp ve damar hastalıklarını teşhis etmek ve tedavi etmek için kullanılır. Kateter bir kan damarına yerleştirilir ve dış kısım, kateterin ucunu cerrahi bölgeye hareket ettirmek için manipüle edilirken, floroskopi görüntü kılavuzluğu sağlar. Destekleyici doku nedeniyle, kateterler tipik olarak yalnızca üç serbestlik derecesi gerektirir: uç fleksiyonu, uç dönüşü ve yerleştirme derinliği. Robotik kılavuzlu kateterlerin olası faydaları, daha kısa prosedürler, kateter ucunun damar sistemine uyguladığı azaltılmış kuvvetler,
radyocerrahi
Radyocerrahi, öncelikle tümörleri tedavi etmek için odaklanmış iyonize radyasyon ışınlarının hastaya yönlendirildiği bir tedavidir (ameliyat değil). Işını tümör içinden çeşitli yönlerde yönlendirerek, tümöre yüksek doz radyasyon verilirken, çevreleyen doku önemli ölçüde daha az radyasyon alır. Gerçek zamanlı doku takibinden önce, radyocerrahi, kafatasına kemik vidaları ile monte edilmiş stereotaktik çerçeveler kullanarak beyni tedavi etmekle sınırlıydı. Sistemler ticari olarak mevcut olduğundan, gerçek zamanlı doku takibi artık mümkün.
Acil müdahale
Afet müdahalesi ve savaş alanı tıbbı için tıbbi cihazları finanse eden önemli araştırmalara rağmen, çok az tıbbi robot sistemi ameliyathane dışında kullanıma uygundur. Bu tür araştırmalar için tipik hedefler, hastaların tehlikeli ortamlardan daha iyi çıkarılmasını, hızlı yaralanma teşhisini ve hayat kurtaran müdahalelerin yarı özerk olarak verilmesini içerir. Günümüzün acil müdahale robotları, basit motorlu sistemlerden biraz daha fazlasıdır, ancak acil müdahale ekiplerinin ihtiyaç duyduğu bakımı en aza indirmek için bu sistemler sağlık monitörleri tarafından kontrol edilebilir. Bu tür geri besleme kontrolü, bu tür sistemlerin otonom olma olasılığını artırır (örneğin, otomatik harici defibrilatörler).
Protezler ve dış iskeletler
Mikroişlemci kontrollü protezler, özellikle akıllı protez diz (Chas. A. Blatchford & Sons, Ltd.) olmak üzere 1993'ten beri mevcuttur. Günümüzde ağırlıklı olarak diz protezleri, el protezleri ve dış iskeletler için çeşitli mikroişlemci kontrollü protezler mevcuttur.
Bakım ve rehabilitasyon sistemleri
Robotik yardımcı sistemler, engelli kişilerin daha fazla özerkliğe sahip olmalarını sağlamak için tasarlanmıştır ve çok çeşitli günlük görevleri kapsar.

Tıbbi robotikte güncel araştırma ve geliştirme

Tıbbi robotik genç ve nispeten keşfedilmemiş bir alandır. Son yirmi yılda uygulanan teknik iyileştirmeler sayesinde ortaya çıkar. Halihazırda mevcut sistemler, uzun süreli çalışmalara izin vermek için çok kısa bir süredir faaliyet göstermektedir. Aslında, tıbbi robotların potansiyel olarak sağladığı faydalar henüz tam olarak anlaşılmış değil. Tıbbi robotlar birkaç teknolojik nesilden geçmiştir. Ve teknoloji değişmeye ve yeni alanlara sıçramaya devam ediyor. Mevcut pazara dayanarak ve temsili araştırma sistemlerini göz önünde bulundurarak, robotların yakın gelecekte tıp üzerindeki etkisi hakkında eğitimli varsayımlar yapılabilir.
Şu anda daha birçok tıbbi robot araştırılıyor. Bu tür araştırmalar, gelecekteki iş sistemleri için yeni yeteneklerin geliştirilmesine yol açacaktır.
Yutulabilir kapsüller, hasta travmasını aşırı derecede azaltır, ancak mevcut sistemler tanı amaçlı kullanımlarla sınırlıdır. Çekirdek sıcaklık ölçümü FDA tarafından 1990'dan beri CorTemp (HQ Inc., eski adıyla HTI Technologies) tarafından yayınlanmıştır. Daha yakın zamanlarda, basınç, pH seviyesi, mide boşalma süresi ve bağırsakları ölçmek için birden fazla sensör kullanan bir kapsülün içinde, düzenli aralıklarla fotoğraf çekmek için ileriye bakan geniş açılı bir kamera, bir pil ve ışıklardan oluşan kapsül endoskopi sistemlerine sahibiz. boşaltma zamanı. Sayaka (RF Co Ltd.), FDA tarafından piyasaya sürülmemiş yeni bir tasarımdır; burada yanal bir kamera, tüm yolun görüntüsünü vermek için kapsülün içinde döner; pilsiz tasarlanmıştır, bunun yerine endüktif bir enerji kaynağı olarak harici olarak uygulanan bir manyetik alan kullanır. Biyopsi, gerçek zamanlı kapsül lokalizasyonu, ilaç dağıtımı, ultrasonik görüntüleme, elektriksel olarak peristalsis indükleyerek hareketliliği artırma ve basamakları veya bacakları içeren aktif bir hareket sistemi kullanma dahil olmak üzere birçok iyileştirme önerilmiştir.
Canlı robotiğe daha dramatik bir yaklaşımla, mikro/nano teknolojisi, ucuz yönlendirilebilir ilaç dağıtım araçları, radyo kontrollü biyomoleküller, doku mikromanipülasyon platformları, mekanik yapay beyaz kan gibi çeşitli tıbbi robotik kullanımların araştırılmasını içeren multi-milyon dolarlık bir araştırma alanıdır. hücreler ve hücresel düzeyde çalışan robotlardan yararlanabilecek diğer birçok terapötik yaklaşım. İşlevsel sistemler oluşturmak, özellikle hareket üretme ve harekete geçirme konusunda devam eden bir araştırma alanıdır. Mevcut prototiplerin çoğu, bazıları harici elektrik güç kaynakları kullanmasına rağmen, manyetik alanlar aracılığıyla çalıştırılır ve yönlendirilir.
Bildiğimiz kadarıyla, herhangi bir tıbbi mikro/nanorobot için başlatılan herhangi bir klinik çalışma bulunmamaktadır.
Cerrahi robotikte, otonom ve hatta yarı otonom hareketlerden sinerjik manipülasyon ve sanal aksesuarlara doğru bir eğilim olmuştur. Böylece robot, cerrahı hedefte tutmak için bilgi (ve muhtemelen fiziksel bir dürtü) sağlayan bir yol gösterici araç görevi görür. Bu tür bir kullanım, ameliyat sırasında dokular manipüle edildiğinde bile, dokuların cerrahi bölgede tam olarak konumlandırılmasını gerektirir. İyileştirilmiş görüntüleme sistemleri (örneğin Explorer, Pathfinder Therapeutics'in intraoperatif yumuşak doku izleyicisi veya MRI veya CT ile robot uyumluluğu) bu lokalizasyonu sağlayacaktır. Özellikle, MRI kılavuzluğundaki robotlar, mükemmel yumuşak doku kontrastı ve alet ile doku arasında kesin kayıt ile intraoperatif 3D görüntülemeden faydalanacaktır, böylece, hassas sanal sahne, "sıkı" ve "bağ" davranışlarına izin verir. Ek olarak, bu tür görüntüler hastaya özel modellerin/şablonların/implantların hızlı bir şekilde modellenmesini ve prototiplenmesini kolaylaştıracaktır. Tıbbi robotlar için fiziksel tasarımlar, esneklik gibi ideal olmayan şeyleri (örneğin, CRIGOS robotu) en aza indirirken veya telafi ederken, maliyetlerini ve boyutlarını azaltarak gelişmeye devam edecek. Daha iyi fiziksel tasarımlarla, yarı özerk davranış muhtemelen daha kullanışlı hale gelecektir. "Makrolar" sıradan hale gelebilir: cerrah bir düğmeye basar ve robot, zımbalar arasında bir dikiş iğnesi geçirmek veya Sensei'nin kendi kendine geri çekme özelliği gibi önceden programlanmış bir hareketi gerçekleştirir. Robotlar, doku modelleme yetenekleriyle desteklenen eğitim amaçlı daha fazla kullanıma sahip olacak, sağlık hizmetleri değerlendirmesinde nesnelliği artırarak, hesaplamalı simülasyonlardaki ilerlemeler yoluyla ve cihazlar arasında ve kurumlar arasında gelişmiş bilgi bağlantısından kaynaklanan bilgi madenciliğinden kaynaklanan artan bilginin bir sonucu olarak. Yukarıda bahsedilen Da Vinci Skills Simulator, Laerdal'ın sanal IV simülatörü ve CAE'nin EndoskopiVR cerrahi simülatörü gibi bu sistemlerden bazıları halihazırda mevcuttur. Aynı nedenlerle robotik, tek port erişim prosedürleri gibi yeni tıbbi prosedürleri ve tedavileri mümkün kılmaya devam edecektir. Robotlar yeni tıbbi alanlar için geliştirilmiş olsa da, diğer araçlar şu anda robotlar tarafından karşılanan tıbbi ihtiyaçları etkileyebilir. Tıbbi robotlar, iyileştirilmiş tıbbi sonuçlar veya ilaçlar, doku mühendisliği, gen tedavisi ve el aletlerindeki hızlı yenilikler (örneğin, TransEnterix'in SPIDER cerrahi sistemi ve Covidien'in EndoStitch) tarafından yerinden edilme riski üzerine sağlam bir temel oluşturmalıdır. Bu amaçla, tıbbi robotik geliştirmeler, mevcut diğer alternatiflerle karşılaştırıldığında yaşam kalitesinde net bir iyileşme sağlamak için gerçek sağlık sorunlarını ele almalı ve çözmelidir.