Robotyka naukowa. Roboty w medycynie: przegląd nowoczesnych technologii medycyna robotyczna

Dziś grupy badawcze na całym świecie próbują szukać po omacku koncepcji wykorzystania robotów w medycynie. Chociaż może bardziej poprawne jest powiedzenie „już po omacku”. Sądząc po liczbie opracowań i zainteresowaniu różnych grup naukowych, można argumentować, że głównym kierunkiem stało się tworzenie mikrorobotów medycznych. Dotyczy to również robotów z przedrostkiem „nano-”. Co więcej, pierwsze sukcesy w tej dziedzinie osiągnięto stosunkowo niedawno, zaledwie osiem lat temu.

W 2006 roku zespół naukowców kierowany przez Sylvana Martela przeprowadził pierwszy na świecie udany eksperyment, wrzucając maleńkiego robota wielkości kulki wiecznego pióra do tętnicy szyjnej żywej świni. W tym samym czasie robot poruszał się po wszystkich przypisanych mu „punktach drogi”. A przez lata, które minęły od tego czasu, mikrorobotyka nieco się rozwinęła.

Jednym z głównych celów dzisiejszych inżynierów jest stworzenie takich robotów medycznych, które będą w stanie poruszać się nie tylko przez duże tętnice, ale także przez stosunkowo wąskie naczynia krwionośne. Pozwoliłoby to na przeprowadzenie złożonych zabiegów bez tak traumatycznej interwencji chirurgicznej.

Nie jest to jednak jedyna potencjalna korzyść z mikrorobotów. Przede wszystkim byłyby przydatne w leczeniu raka poprzez dostarczanie leku bezpośrednio do nowotworu w sposób ukierunkowany. Trudno przecenić wartość tej możliwości: podczas chemioterapii leki podawane są przez zakraplacz, powodując dotkliwy cios w całe ciało. W rzeczywistości jest to silna trucizna, która uszkadza wiele narządów wewnętrznych, a do towarzystwa sam guz. Jest to porównywalne z nalotem dywanowym, mającym na celu zniszczenie małego pojedynczego celu.

Zadanie tworzenia takich mikrorobotów znajduje się na przecięciu wielu dyscyplin naukowych. Na przykład z punktu widzenia fizyki - jak sprawić, by tak mały przedmiot poruszał się samodzielnie w lepkiej cieczy, która dla niego jest krwią? Z punktu widzenia inżynierii – jak zapewnić robotowi energię i jak śledzić ruch malutkiego przedmiotu po ciele? Z punktu widzenia biologii – jakich materiałów użyć do produkcji robotów, aby nie szkodziły ludzkiemu organizmowi? A najlepiej roboty powinny być biodegradowalne, aby nie musiały rozwiązywać problemu ich usuwania z organizmu.

Jednym z przykładów tego, jak mikroroboty mogą „zanieczyścić” ciało pacjenta, jest „bio-rakieta”.

Ta wersja mikrorobota to tytanowy rdzeń otoczony aluminiową powłoką. Średnica robota wynosi 20 µm. Aluminium reaguje z wodą, podczas której na powierzchni skorupy tworzą się bąbelki wodoru, które popychają całą konstrukcję. W wodzie taka „biorakieta” w ciągu jednej sekundy pokonuje odległość równą 150 jej średnic. Można to porównać do dwumetrowego mężczyzny, który płynie 300 metrów na sekundę, 12 basenów. Taki silnik chemiczny pracuje około 5 minut dzięki dodatkowi galu, który zmniejsza intensywność tworzenia filmu tlenkowego. Oznacza to, że maksymalna rezerwa mocy wynosi około 900 mm w wodzie. Kierunek ruchu jest nadawany robotowi przez zewnętrzne pole magnetyczne i może być wykorzystany do celowanego dostarczania leków. Ale dopiero po wyczerpaniu się „ładunku” pacjent znajdzie rozproszenie mikrobalonów z powłoką aluminiową, co nie ma korzystnego wpływu na organizm ludzki, w przeciwieństwie do tytanu obojętnego biologicznie.

Mikroroboty muszą być tak małe, że zwykłe skalowanie tradycyjnych technologii do odpowiedniego rozmiaru nie zadziała. Nie produkuje się również standardowych części o odpowiedniej wielkości. A nawet gdyby tak było, to po prostu nie nadawałyby się do tak specyficznych potrzeb. I dlatego badacze, jak to już niejednokrotnie zdarzało się w historii wynalazków, szukają inspiracji w naturze. Na przykład w tej samej bakterii. Na poziomie mikro, a tym bardziej na poziomie nano, działają zupełnie inne prawa fizyczne. W szczególności woda jest bardzo lepką cieczą. Dlatego inne rozwiązania inżynierskie aby zapewnić ruch mikrorobotów. Bakterie często rozwiązują ten problem za pomocą rzęsek.

Na początku tego roku zespół naukowców z Uniwersytetu w Toronto stworzył prototypowy mikrorobot o długości 1 mm, sterowany zewnętrznym polem magnetycznym i wyposażony w dwa chwytaki. Deweloperom udało się z nim zbudować most. Ponadto robot ten może być używany nie tylko do dostarczania leków, ale także do mechanicznej naprawy tkanek w układzie krążenia i narządach.

Roboty muskularne

Innym interesującym trendem w mikrorobotyce są roboty napędzane mięśniami. Na przykład jest taki projekt: stymulowany elektrycznością komórka mięśniowa, do którego przymocowany jest robot, którego „grzbiet” wykonany jest z hydrożelu.

Ten system w rzeczywistości kopiuje naturalne rozwiązanie znajdujące się w organizmach wielu ssaków. Na przykład w ludzkim ciele skurcz mięśni jest przenoszony do kości przez ścięgna. W tym biorobocie, gdy komórka kurczy się pod wpływem elektryczności, „grzbiet” wygina się, a poprzeczki, które działają jak nogi, przyciągają się do siebie. Jeśli jeden z nich, zginając „grzbiet”, porusza się na krótszą odległość, to robot porusza się w kierunku tej „nogi”.

Istnieje inna wizja tego, czym powinny być medyczne mikroroboty: miękkie, powtarzające formy różnych żywych istot. Na przykład tutaj jest taka robo-pszczoła (RoboBee).

To prawda, że nie jest przeznaczony do celów medycznych, ale do wielu innych: zapylania roślin, akcji poszukiwawczo-ratowniczych, wykrywania substancji toksycznych. Autorzy projektu oczywiście nie kopiują na ślepo cechy anatomiczne pszczoły. Zamiast tego dokładnie analizują różne "konstrukcje" organizmów różnych owadów, dostosowując je i tłumacząc na mechanikę.

Albo inny przykład wykorzystania „konstrukcji” dostępnych w naturze – mikrorobot w postaci małża. Porusza się za pomocą zatrzaskujących „żaluzji”, tworząc w ten sposób strumień odrzutowy. Przy wielkości około 1 mm może pływać w człowieku gałka oczna. Podobnie jak większość innych robotów medycznych, ten „małż” wykorzystuje zewnętrzne pole magnetyczne jako źródło zasilania. Ale jest ważna różnica – otrzymuje tylko energię do ruchu, samo pole jej nie porusza, w przeciwieństwie do większości innych typów mikrorobotów.

duże roboty

Oczywiście parkują tylko mikroroboty technologia medyczna nie jest ograniczona. W filmach fantasy i książkach roboty medyczne są zwykle przedstawiane jako zastępstwo dla ludzkiego chirurga. Na przykład jest to rodzaj dużego urządzenia, które szybko i bardzo dokładnie wykonuje wszelkiego rodzaju manipulacje chirurgiczne. I nic dziwnego, że ten pomysł był jednym z pierwszych, które zostały wdrożone. Oczywiście, nowoczesne roboty chirurgiczne nie są w stanie zastąpić osoby jako całości, ale już całkowicie zaufano im w szyciu. Są również używane jako przedłużenia rąk chirurga, jak manipulatory.

Jednak w środowisku medycznym spory dotyczące zasadności korzystania z takich maszyn nie ustępują. Wielu ekspertów uważa, że takie roboty nie dają specjalnych korzyści, ale ze względu na wysoką cenę znacznie podnoszą koszty usług medycznych. Z drugiej strony istnieje badanie, zgodnie z którym pacjenci z rakiem prostaty operowani z pomocą robota wymagają mniej intensywnego stosowania w przyszłości. leki hormonalne i radioterapia. Ogólnie rzecz biorąc, nie dziwi fakt, że wysiłki wielu naukowców były skierowane na stworzenie mikrorobotów.

Ciekawym projektem jest Robonaut, robot telemedyczny przeznaczony do wspomagania astronautów. To wciąż projekt eksperymentalny, ale takie podejście można wykorzystać nie tylko do zapewnienia tak ważnych i kosztownych osób w szkoleniu jak astronauci. Roboty telemedyczne mogą być również wykorzystywane do udzielania pomocy w różnych trudno dostępnych obszarach. Oczywiście byłoby to wskazane tylko wtedy, gdy taniej byłoby zainstalować robota w ambulatorium jakiejś odległej tajgi lub górskiej wioski, niż trzymać sanitariusza na pensji.

A ten robot medyczny jest jeszcze bardziej wyspecjalizowany, służy do leczenia łysienia. ARTAS automatycznie „wykopuje” mieszki włosowe ze skóry głowy pacjenta na podstawie zdjęć o wysokiej rozdzielczości. Następnie ludzki lekarz ręcznie wprowadza „żniwo” do łysych obszarów.

Mimo to świat robotów medycznych wcale nie jest tak monotonny, jak mogłoby się wydawać niedoświadczonej osobie. Co więcej, aktywnie się rozwija, gromadzi się pomysły, wyniki eksperymentów i poszukuje się najskuteczniejszych podejść. I kto wie, może nawet za naszego życia słowo „chirurg” będzie oznaczać lekarza nie ze skalpelem, ale ze słojem mikrorobotów, które wystarczy połknąć lub wprowadzić przez zakraplacz.

Tłumaczenie na rosyjską stronę redakcyjną

2.3 Medycyna i robotyka

2.3.1 Przegląd obszaru

Opieka zdrowotna i roboty

W wyniku zmian demograficznych w wielu krajach systemy opieki zdrowotnej stają w obliczu rosnącej presji, ponieważ muszą służyć starzejącej się populacji. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na usługi usprawniane są procedury, co prowadzi do lepszych wyników. Jednocześnie koszt świadczenia usługi medyczne, pomimo spadku liczby osób zatrudnionych w zakresie opieki medycznej.

Zastosowanie technologii, w tym robotyki, wydaje się być częścią możliwego rozwiązania. W niniejszym dokumencie dziedzina medycyny została podzielona na trzy podobszary:

- Roboty dla szpitali (Robotyka Kliniczna): Możesz zdefiniować odpowiednie systemy robotyczne jako te, które zapewniają procesy „opieki” i „leczenia”. Przede wszystkim są to roboty do diagnostyki, leczenia, interwencji chirurgicznej i podawania leków, a także w systemach ratunkowych. Roboty te są obsługiwane przez personel szpitala lub przeszkolonych specjalistów opieki nad pacjentem.

- Roboty do rehabilitacji (Rehabilitacja): Takie roboty zapewniają opiekę pooperacyjną lub pourazową, gdy bezpośrednia fizyczna interakcja z systemem robota przyspieszy proces powrotu do zdrowia (rekonwalescencja) lub zapewni zastąpienie utraconej funkcjonalności (na przykład w przypadku protezy nogi lub ramienia ).

- Roboty pomocnicze (robotyka wspomagająca): Segment ten obejmuje inne aspekty robotyki stosowanej w praktyce medycznej, gdzie podstawowym celem systemów zrobotyzowanych jest zapewnienie wsparcia osobie, która świadczy opiekę medyczną lub bezpośrednio pacjentowi, niezależnie od tego, czy jest to szpital, czy inna instytucja medyczna.

Wszystkie te subdomeny charakteryzują się koniecznością zapewnienia systemów bezpieczeństwa uwzględniających potrzeby kliniczne pacjentów. Zazwyczaj systemy te są zarządzane lub konfigurowane przez wykwalifikowany personel szpitala.

Robotyka medyczna to coś więcej niż technologia

Oprócz rozwoju technologii bezpośrednio zrobotyzowanych ważne jest, aby w procesach leczenia w szpitalu lub innych procedurach medycznych wprowadzać odpowiednie roboty. Wymagania systemowe powinny być oparte na jasno zidentyfikowanych potrzebach użytkownika i usługobiorcy. Podczas opracowywania takich systemów bardzo ważne jest wykazanie wartości dodanej, jaką mogą zapewnić po wdrożeniu, co ma kluczowe znaczenie dla dalszego sukcesu na rynku. Uzyskanie wartości dodanej wymaga bezpośredniego zaangażowania lekarzy, a także pacjentów w proces rozwoju tej techniki, zarówno na etapie projektowania, jak i wdrażania robota. Rozwój systemów w kontekście ich przyszłego środowiska aplikacji zapewnia zaangażowanie interesariuszy. Dokładne zrozumienie istniejącej praktyki medycznej, oczywista potrzeba przeszkolenia personelu medycznego w zakresie obsługi systemu oraz posiadanie różnych informacji, które mogą być potrzebne do rozwoju, są krytycznymi czynnikami w tworzeniu systemu nadającego się do dalszego wdrożenia. Wprowadzenie robotów w praktyka medyczna wymagać będzie dostosowania całego systemu świadczenia opieki zdrowotnej. Jest to delikatny proces, w którym technologia i praktyka w świadczeniu opieki zdrowotnej podlegają wzajemnym wpływom i będą musiały się do siebie dostosować. Od początku rozwoju ważne jest uwzględnienie tego aspektu „współzależności”.

Rozwój robotów na potrzeby medycyny obejmuje bardzo szeroki wachlarz różnych potencjalnych zastosowań. Rozważmy je poniżej, w kontekście wcześniej zidentyfikowanych trzech głównych segmentów rynku.

Roboty dla szpitali

Ten segment jest reprezentowany przez różnorodne zastosowania. Na przykład można wyróżnić następujące kategorie:

Systemy bezpośrednio zwiększające możliwości chirurga w zakresie zręczności (elastyczność i precyzja) oraz siły;

Systemy umożliwiające zdalną diagnostykę i interwencje. Ta kategoria może obejmować zarówno systemy zdalnie sterowane, w których lekarz może znajdować się w większej lub mniejszej odległości od pacjenta, jak i systemy do użytku wewnątrz ciała pacjenta;

Systemy zapewniające wsparcie podczas procedur diagnostycznych;

Systemy zapewniające wsparcie podczas zabiegów chirurgicznych.

Oprócz tych zastosowań szpitalnych istnieje szereg pomocniczych zastosowań szpitalnych, w tym roboty do pobierania próbek, badania laboratoryjne próbek tkanek i inne usługi potrzebne w praktyce szpitalnej.

Roboty do rehabilitacji

Robotyka rehabilitacyjna obejmuje urządzenia takie jak protezy lub na przykład roboty egzoszkielety lub ortezy, które zapewniają szkolenie, wsparcie lub zastępują utracone czynności lub upośledzoną funkcjonalność. Ludzkie ciało i jego struktury. Takie urządzenia mogą być stosowane zarówno w szpitalach, jak i in Życie codzienne pacjentów, ale zwykle wymagają wstępnej regulacji przez personel medyczny, a następnie monitorowania ich prawidłowego działania i interakcji z pacjentem. Przewiduje się, że rekonwalescencja pooperacyjna, zwłaszcza w ortopedii, będzie głównym zastosowaniem takich robotów.

Specjalistyczne wsparcie i robotyka wspomagająca

Ten segment obejmuje roboty wspomagające do użytku w szpitalach lub w środowisku domowym, które mają pomagać personelowi szpitala lub opiekunom w wykonywaniu rutynowych zadań. Można zauważyć znaczną różnicę w projektowaniu i wdrażaniu systemów zrobotyzowanych, związaną z miejscem i warunkami ich użytkowania. W kontekście wykwalifikowanego użytkowania, czy to w środowisku szpitalnym, czy w domu, podczas używania robota do opieki nad osobą starszą, projektanci mogą polegać na wykwalifikowanej osobie do obsługi robota. Taki robot musi spełniać wymagania i normy systemu szpitala i służby zdrowia oraz posiadać odpowiednie certyfikaty. Roboty te będą wspomagać w codziennej pracy personel odpowiednich placówek medycznych, w szczególności pielęgniarki i opiekunki. Takie zrobotyzowane systemy powinny pozwolić pielęgniarce spędzać więcej czasu z pacjentami, zmniejszając stres fizyczny, np. robot będzie w stanie podnieść pacjenta w celu przeprowadzenia z nim niezbędnych rutynowych operacji.

2.3.2 Możliwości teraz i w przyszłości

Robotyka dla medycyny to niezwykle złożona dziedzina rozwoju ze względu na jej multidyscyplinarny charakter i konieczność spełnienia różnych rygorystycznych wymagań, a także fakt, że w wielu przypadkach medyczne systemy robotyczne oddziałują fizycznie z ludźmi, którzy również mogą być w bardzo wrażliwym stanie ... Oto główne możliwości, które istnieją w zidentyfikowanych przez nas segmentach medycyny.

2.3.2.1 Roboty szpitalne

Są to roboty do chirurgii, diagnostyki i terapii. Rynek robotów chirurgicznych jest duży. Możliwości wspomagania robotycznego mogą być wykorzystywane w prawie wszystkich dziedzinach - kardiologii, naczyniu, ortopedii, onkologii i neurologii.

Z drugiej strony istnieje wiele wyzwań technicznych związanych z ograniczeniami wielkości, ograniczeniami środowiskowymi i niewielką liczbą technologii dostępnych do natychmiastowego zastosowania w warunkach szpitalnych.

Oprócz problemów technologicznych pojawiają się również problemy komercyjne. Na przykład związane z faktem, że Stany Zjednoczone starają się utrzymać pozycję monopolisty na tym rynku ze względu na wielkość własności intelektualnej. Sytuację tę można obejść jedynie poprzez opracowanie całkowicie nowych koncepcji sprzętu, oprogramowania i sterowania. Ponadto takie rozwiązania wymagają solidnego wsparcia finansowego na drogie, ale niezbędne rozwiązania i związane z nimi Badania kliniczne. Typowe obszary, w których obecnie istnieją możliwości:

Chirurgia małoinwazyjna (MIS)

Sukces można tutaj osiągnąć, opracowując systemy, które mogą rozszerzyć elastyczność ruchów instrumentu poza granice anatomii rąk chirurga, zwiększyć wydajność lub uzupełnić systemy o sprzężenie zwrotne (na przykład do oceny siły nacisku) lub dodatkowe dane, które pomogą w procedurze. Skuteczna penetracja rynku może zależeć od opłacalności produktu, skróconego czasu wdrożenia i skróconego dodatkowego szkolenia wymaganego do nauki obsługi systemu robotycznego. Każdy opracowany system musi wyraźnie wykazywać „wartość dodaną” w kontekście operacji. Kliniczne wdrożenia pilotażowe i oceny podczas takich testów w klinikach są niezbędne, aby system został zaakceptowany przez społeczność chirurgów.

W porównaniu z innymi obszarami chirurgii małoinwazyjnej, wspomagające systemy robotyczne mają potencjał, aby zapewnić chirurgowi lepszą kontrolę nad narzędziami chirurgicznymi, a także lepszą widoczność podczas operacji. Chirurg nie musi już stać podczas całej operacji, dzięki czemu nie męczy się tak szybko, jak przy tradycyjnym podejściu. Drżenie rąk może być prawie całkowicie odfiltrowane przez oprogramowanie robota, co jest szczególnie ważne w przypadku zastosowań w mikrochirurgii, takiej jak chirurgia oka. Teoretycznie robot chirurgiczny może być używany prawie 24 godziny na dobę, zastępując pracujące z nim zespoły chirurgiczne.

Robotyka może zapewnić szybki powrót do zdrowia, redukcję urazów i redukcję negatywny wpływ na tkance pacjenta, a także zmniejszenie wymaganej dawki promieniowania. Zrobotyzowane narzędzia chirurgiczne mogą odciążyć mózg lekarza, skrócić krzywą uczenia się i poprawić ergonomię pracy chirurga. Terapie, które są ograniczone przez ograniczenia ludzkiego ciała, stają się również możliwe wraz z przejściem na wykorzystanie technologii robotycznych. Na przykład nowa generacja elastycznych robotów i narzędzi, które mogą dotrzeć do głęboko osadzonych narządów w ludzkim ciele, zmniejszyć rozmiar nacięcia wejściowego w ludzkim ciele lub zrezygnować z naturalnych otworów w ludzkim ciele podczas wykonywania operacji chirurgicznych.

W dłuższej perspektywie zastosowanie systemów uczenia się w chirurgii może zmniejszyć złożoność operacji poprzez zwiększenie przepływu przydatna informacja które chirurg otrzyma podczas operacji. Inne potencjalne korzyści obejmują możliwość zwiększenia możliwości zespołów paramedycznych („pogotowia ratunkowego”) w standardowych, klinicznych procedurach ratunkowych wspomaganych przez roboty warunki terenowe, a także wykonywanie operacji telechirurgicznych w odległych miejscach, gdzie jest tylko odpowiedni robot i nie ma wykwalifikowanego chirurga.

Można wyróżnić następujące możliwości:

Nowe kompatybilne narzędzia, które zapewniają większe bezpieczeństwo przy zachowaniu pełnych możliwości manipulacji, w tym sztywnych narzędzi. Dzięki zastosowaniu nowych metod kontroli lub specjalnych rozwiązań (które mogą być na przykład wbudowane w przyrząd lub poza nim), funkcjonowanie przyrządów można regulować w czasie rzeczywistym, tak aby zapewnić kompatybilność lub stabilność, kiedy co jest ważniejsze;

Wprowadzenie ulepszonych technologii wspomagających, które prowadzą i ostrzegają chirurga podczas operacji, co pozwala mówić o uproszczeniu rozwiązywania zadań chirurgicznych i zmniejszeniu liczby błędów medycznych. To „wsparcie szkoleniowe” powinno zwiększyć „kompatybilność” sprzętu i chirurga, co zapewni intuicyjność i brak wątpliwości podczas korzystania z systemu.

Stosowanie odpowiednich poziomów autonomii robota w praktyka chirurgiczna aż do pełnej autonomii określonych, ściśle określonych procedur, na przykład: autopsja autopsji; pobieranie próbek krwi (Veebot); biopsja; automatyzacja części zabiegów chirurgicznych (zaciskanie węzłów, podtrzymywanie kamery...). Zwiększenie autonomii może potencjalnie zwiększyć wydajność.

- „Inteligentne” narzędzia chirurgiczne są w zasadzie warunkowo kontrolowane przez chirurgów. Instrumenty te mają bezpośredni kontakt z tkanką i podnoszą poziom umiejętności chirurga. Miniaturyzacja i uproszczenie narzędzi chirurgicznych w przyszłości, a także dostępność zabiegów chirurgicznych wewnątrz i na zewnątrz „sali operacyjnej” to główny sposób rozwoju takich technologii.

Edukacja: Zapewnienie fizycznie dokładnych modeli, co jest osiągane dzięki użyciu narzędzi z dotykową informacją zwrotną, zapewnia potencjał do poprawy uczenia się, zarówno na wczesnych etapach uczenia się, jak i podczas zdobywania pewnych umiejętności pracy. Umiejętność symulowania szerokiej gamy warunków i złożoności może również zwiększyć skuteczność tego typu uczenia się. Obecnie jakość dotykowej informacji zwrotnej nadal ma szereg ograniczeń, co utrudnia wykazanie wyższości tego typu uczenia się.

Próbki kliniczne: Istnieje wiele zastosowań systemów pobierania próbek offline, od systemów pobierania próbek krwi i próbek tkanek do biopsji po mniej inwazyjne techniki autopsji.

2.3.2.2 Robotyka w rehabilitacji i protetyce

Robotyka rehabilitacyjna obejmuje szeroki zakres różne formy rehabilitacji i można je podzielić na podsegmenty. W Europie istnieje dość silny przemysł w tym sektorze i aktywne współdziałanie z nim przyspieszy rozwój technologiczny.

Środki rehabilitacji

Są to produkty, które można stosować po kontuzji lub po operacji, aby trenować i wspierać regenerację. Rolą tych narzędzi jest wspomaganie odzyskiwania i przyspieszanie odzyskiwania, przy jednoczesnej ochronie i wspieraniu użytkownika. Takie systemy mogą być używane w środowisku szpitalnym pod nadzorem personelu medycznego lub mogą być używane jako samodzielne ćwiczenie, z urządzeniem kontrolującym lub ograniczającym ruch, zgodnie z wymaganiami w konkretnym przypadku. Takie systemy mogą również dostarczać cennych danych na temat procesu zdrowienia i monitorować stan bardziej bezpośrednio niż podczas obserwacji pacjenta w warunkach szpitalnych.

Funkcjonalne narzędzia zastępcze

Celem takiego zrobotyzowanego systemu jest zastąpienie utraconej funkcjonalności. Może to być wynikiem starzenia się lub urazu. Takie urządzenia są opracowywane w celu poprawy mobilności i zdolności motorycznych pacjenta. Mogą być wykonywane jako protezy, egzoszkielety lub urządzenia ortopedyczne.

W przypadku zaawansowanych systemów rehabilitacji bardzo ważne jest, aby obecni europejscy producenci byli zaangażowani w ten proces jako znani uczestnicy rynku, a odpowiednie kliniki i partnerzy klinik byli zaangażowani w proces rozwoju. Europa jest obecnie światowym liderem w tej dziedzinie.

Neurorehabilitacja

(Sieć COST TD1006, europejska sieć robotyki na rzecz neurorehabilitacji stanowi platformę wymiany ustandaryzowanych definicji i przykładów rozwoju w całej Europie).

Obecnie w użyciu jest niewiele zrobotyzowanych urządzeń neurorehabilitacyjnych, ponieważ nie zostały one jeszcze powszechnie przyjęte. Robotyka jest wykorzystywana do rehabilitacji poudarowej w fazie poudarowej i innych patologiach neuromotorycznych, takich jak choroba Parkinsona, stwardnienie rozsiane i ataksja. Pozytywne wyniki z wykorzystaniem robotów (nie gorsze ani lepsze niż przy tradycyjnej terapii) w celach rehabilitacyjnych zaczynają potwierdzać wyniki badań. W ostatnim czasie pozytywne wyniki potwierdzają również badania neuroobrazowe. Udowodniono, że integracja z FES wykazała wzrost wyniku pozytywnego (zarówno dla układu mięśniowego, jak i obwodowego oraz centralnego układu ruchu). Ćwiczenia biofeedbacku i interfejsy gier zaczynają być postrzegane jako rozwiązania, które można wdrożyć, ale takie systemy są wciąż na wczesnym etapie rozwoju.

Aby opracować działające systemy, należy rozwiązać kilka problemów. To tanie urządzenia, sprawdzone wyniki badań klinicznych, dobrze zdefiniowany proces oceny stanu pacjenta. Zdolność systemów do prawidłowej identyfikacji intencji użytkownika, a tym samym zapobiegania obrażeniom, obecnie ogranicza skuteczność takich systemów. Sterowanie i mechatronika zintegrowane w celu zaspokojenia możliwości organizmu ludzkiego, w tym obciążenia poznawczego, są we wczesnych stadiach rozwoju. Aby można było opracować opłacalne komercyjnie systemy, należy poprawić niezawodność i czas pracy bez przestojów. Ponadto celami rozwojowymi powinien być szybki czas wdrożenia i zapotrzebowanie ze strony terapeutów.

Protetyka

Można dokonać znacznego postępu w dziedzinie produkcji inteligentnych protez, które są w stanie dostosować się do charakterystyki ruchów użytkownika i warunków otoczenia. Robotyka może łączyć ulepszone możliwości samouczenia się ze zwiększoną elastycznością i kontrolą, zwłaszcza w przypadku protez. górne kończyny i protezy nadgarstków. Poszczególne obszary badań obejmują zdolność przystosowania się do osobistej, półautonomicznej kontroli, zapewnienie sztucznej czułości poprzez sprzężenie zwrotne, ulepszoną weryfikację, poprawę efektywności energetycznej, samodzielne odzyskiwanie mocy, ulepszone przetwarzanie sygnałów mioelektrycznych. Inteligentne protezy i ortezy, sterowane pracą mięśni pacjenta, pozwolą na korzystanie z takich systemów dużej grupie użytkowników.

Systemy wsparcia mobilności

Pacjenci o ograniczonej sprawności fizycznej, czasowej lub stałej, mogą odnieść korzyści ze zwiększonej mobilności. Systemy robotyczne mogą zapewnić wsparcie i ćwiczenia potrzebne do zwiększenia mobilności. Istnieją już przykłady rozwoju takich systemów, ale są one na wczesnym etapie rozwoju.

Możliwe, że w przyszłości takie systemy będą nawet w stanie kompensować upośledzenie funkcji poznawczych, zapobiegając upadkom i wypadkom. Ograniczenia takich systemów są związane z ich kosztem, a także możliwością ich noszenia przez długi czas.

W wielu zastosowaniach rehabilitacyjnych możliwe jest wykorzystanie naturalnych interfejsów, takich jak mioelektryka, obrazowanie mózgu, a także interfejsów opartych na mowie i gestach.

2.3.2.3 Specjalistyczne roboty wspierające i wspomagające.

Wsparcie specjalistów i robotyki wspomagającej można podzielić na szereg obszarów zastosowań.

Systemy wsparcia opieki nad pacjentem: Systemy wsparcia używane przez opiekunów, którzy wchodzą w interakcje z pacjentami lub systemy używane przez pacjentów. Mogą to być systemy zrobotyzowane, które zapewniają stosowanie leków, pobieranie próbek, poprawiają higienę lub usprawniają procesy odzyskiwania.

Podnoszenie i przenoszenie pacjenta : Systemy podnoszenia i pozycjonowania pacjentów mogą obejmować zarówno precyzyjne pozycjonowanie podczas zabiegów chirurgicznych lub sesji radioterapii, jak i wspomaganie pielęgniarek lub opiekunów w podnoszeniu lub umieszczaniu osoby w łóżku i wychodzeniu z łóżka oraz transportowaniu pacjentów po szpitalu. Takie systemy można zaprojektować tak, aby można je było konfigurować w zależności od stanu pacjenta i stosować tak, aby pacjent miał pewien stopień kontroli nad swoją pozycją. Ograniczenia w tym przypadku mogą być związane z koniecznością uzyskania certyfikatów bezpieczeństwa i bezpiecznego zarządzania siłami wystarczającymi do przemieszczania pacjentów w sposób, który zapobiega możliwym urazom pacjentów. Energooszczędne konstrukcje i projektowanie oszczędzające miejsce będą miały kluczowe znaczenie dla wydajnych wdrożeń.

Opracowując rozwiązania z zakresu robotyki wspomagającej, ważne jest przestrzeganie zestawu podstawowych zasad. Rozwój powinien koncentrować się na wspieraniu brakującej funkcjonalności, a nie na tworzeniu określonych warunków. Rozwiązania muszą być praktyczne pod względem ich użytkowania i zapewniać użytkownikowi wymierne korzyści. Może to obejmować wykorzystanie technologii do motywowania pacjentów do robienia jak najwięcej dla siebie, przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa. Wprowadzenie takich systemów nie będzie opłacalne i pożądane, jeśli nie zapewnią możliwości zmniejszenia obciążenia personelu, tworząc ekonomiczne uzasadnienie dla wdrożenia, a jednocześnie będą niezawodne i bezpieczne w użyciu.

Roboty do laboratoriów biomedycznych do badań medycznych

Roboty już trafiają do laboratoriów biomedycznych, gdzie sortują i manipulują próbkami do celów badawczych. Aplikacje dla złożonych systemów robotycznych jeszcze bardziej rozszerzają możliwości, na przykład w dziedzinie zaawansowanych badań przesiewowych komórek i manipulacji związanych z terapią komórkową i selektywnym sortowaniem komórek.

2.3.2.4 Wymagania średnioterminowe

Poniższa lista przedstawia „punkty wzrostu” w dziedzinie robotyki medycznej

Egzoszkielety dolnej części tułowia, które dostosowują swoją funkcję do indywidualnego zachowania i/lub anatomii pacjenta, optymalizując wsparcie w oparciu o warunki użytkownika lub warunki środowiskowe. Systemy mogą być dostosowywane przez użytkownika do różnych warunków i wydajności różne zadania. Zastosowania: neurorehabilitacja i wsparcie pracowników.

Roboty przeznaczone do samodzielnej rehabilitacji (np. rehabilitacja w trybie „gra”, rehabilitacja kończyn górnych po udarze) muszą rozumieć potrzeby pacjenta i jego reakcje, a także dostosowywać do nich efekt terapeutyczny.

Roboty zaprojektowane do wspierania mobilności pacjentów i możliwości manipulacji muszą obsługiwać naturalne interfejsy, aby zapewnić bezpieczeństwo i wydajność w środowiskach zbliżonych do naturalnych.

Roboty rehabilitacyjne zaprojektowane do integracji czujników i silników poprzez zapewnienie dwukierunkowej komunikacji, w tym wielotrybowego wprowadzania poleceń (czujnik mioelektryczny + bezwładnościowy) oraz wielotrybowego sprzężenia zwrotnego (elektro-dotykowego, wibro-dotykowego i/lub wizualnego).

Protezy ramion, nadgarstków, dłoni, które automatycznie dopasowują się do pacjenta, pozwalając mu na indywidualne sterowanie dowolnym palcem, rotacją kciuka, nadgarstkiem. Powinno temu towarzyszyć użycie wielu czujników i algorytmów rozpoznawania wzorców, aby zapewnić naturalną kontrolę (kontrola stałej siły) kosztem możliwych DOF. Zastosowania: Przywrócenie funkcjonalności dłoni u osób po amputacji.

Protezy i roboty rehabilitacyjne wyposażone w półautomatyczne systemy sterowania poprawiające jakość funkcjonowania i/lub zmniejszające obciążenie poznawcze użytkownika. Systemy muszą umożliwiać percepcję i interpretację otoczenia do pewnego poziomu, aby umożliwić autonomiczne podejmowanie decyzji.

Protezy i roboty rehabilitacyjne zdolne do korzystania z różnorodnych zasobów online (przechowywanie, przetwarzanie informacji) poprzez wykorzystanie chmury obliczeniowej do realizacji zaawansowanych funkcjonalności, które znacznie wykraczają poza możliwości elektroniki „pokładowej” i/lub bezpośredniej kontroli użytkownika.

Niedrogie protezy i rozwiązania zrobotyzowane tworzone przy użyciu technologii przyrostowych lub masowej produkcji (druk 3D itp.)

Terapia domowa zmniejszająca neuropatyczny lub fantomowy ból kończyny górnej poprzez lepszą interpretację sygnałów mięśniowych za pomocą kończyn robotycznych (mniej elastycznych niż w poprzednich przykładach) i/lub „rzeczywistość wirtualna”.

Biomimetryczna kontrola interakcji z robotem chirurgicznym.

Odpowiednie technologie mechanicznego uruchamiania i czujników do opracowywania elastycznych miniaturowych robotów ze sprzężeniem zwrotnym siły, a także zaawansowanych i zaawansowanych małoinwazyjnych instrumentów chirurgicznych.

Systemy ładowania środowiskowego dla wszczepialnych mikrorobotów.

Uzyskanie biomimometrycznego zarządzania procesami rehabilitacji: integracja wolicjonalnych „impulsów” podczas ruchu podmiotu, przy wsparciu FES dla lepszego ponownego uczenia się zdolności motorycznych podczas sterowania robotem.

Opracowanie szpitalnych metod przywracania aktywności ruchowej wykraczających poza paradygmat powszechnie stosowanych mechanizmów statycznych z ręczną regulacją.

Na niskim TRL

Zautomatyzowane poznawcze rozumienie niezbędnych zadań w środowisku operacyjnym. Bezproblemowe fizyczne powiązanie człowieka z robotem w warunkach „normalnego” środowiska w oparciu o dodatkowy interfejs sterowania. Pełna, bez regulacji możliwość dostosowania do pacjenta. Niezawodność wykrywania intencji.

>>
Ostatni

Roboty medyczne dziś i jutro

Medycyna zawsze była trudna, dziś mówi się o niej jako o jednej z najtrudniejszych dziedzin, jakie ludzkość opanowała. Niemniej jednak roboty medyczne mogą stawiać dokładne diagnozy i zapewniać leczenie, a wkrótce opanują również inne dziedziny medycyny.

Rodzimy się, żyjemy iw końcu umieramy. To prawda. Jednak jakość naszego życia często koreluje z naszym zdrowiem. Ogólnie rzecz biorąc, im jesteśmy zdrowsi, tym więcej możemy osiągnąć – dzięki temu jesteśmy szczęśliwsi.

Dlatego zdrowie zawsze było problemem. W dzisiejszych czasach medycyna przeszła bardzo długą drogę w porównaniu do czasów Hipokratesa Kos. Teraz ludzie mogą wykonywać bardzo złożone operacje, wymyślać leki na różne choroby i tak dalej. Powstaje pytanie: czy medycyna może iść dalej i jak?

Odpowiedź na pierwszą część pytania brzmi „zdecydowanie”. Jednak odpowiedzi na drugą część mogą się różnić. Istnieje wiele godnych uwagi dziedzin, które mogą zmienić bieg historii medycznej, takich jak komórki macierzyste. Jestem jednak przekonany, że dziedzina robotyki i dziedzin związanych z robotyką, takich jak bionika medyczna i biomechatronika, odegra w najbliższej przyszłości dużą rolę w medycynie.

W rzeczywistości w tych obszarach dzieje się teraz wiele interesujących rzeczy. Dlatego w tej części mojej strony postaram się rzucić nieco światła na pytania dotyczące robotów medycznych oraz dziedzin związanych z robotyką w medycynie, teraz i w przyszłości.

Operacje przy pomocy robota

Roboty medyczne, które potrafią wykonywać operacje, brzmią cudownie, prawda? Wszystkie istniejące do dziś roboty chirurgiczne są w rzeczywistości sprytnie wykonane przez manipulatory kontrolowane przez kompetentnych lekarzy. Są pewne problemy z poziomem sztucznej inteligencji potrzebnej do tego niezależna praca, ale można to osiągnąć pewnego dnia.

Obecnie opracowywane i testowane są roboty chirurgiczne w dwóch dziedzinach. Jednym z nich jest telerobot, który pozwala lekarzowi na wykonanie operacji na odległość. Kolejną dziedziną jest chirurgia małoinwazyjna – operacja wykonywana jest bez dużych cięć.

System chirurgii robotycznej da Vinci jest jednym z najlepszych przykładów wykorzystania robotyki do celów chirurgicznych. Na całym świecie używanych jest ponad tysiąc jednostek. Dowiedz się więcej o chirurgii robotycznej w ogóle.

Roboty to nowy personel szpitala

Szpitale są trochę jak fabryki. Jest wiele przyziemnych zadań. Na przykład - przenoszenie rzeczy, przenoszenie próbek z jednego aparatu do drugiego, czyszczenie. Są też zadania, które wymagają trochę siły. Na przykład podnoszenie i przenoszenie pacjentów.

Wierzę, że rozumiesz, że istnieje wiele zadań, które mogą wykonywać roboty medyczne. W tej dziedzinie nastąpiły pewne postępy – istnieją roboty przeznaczone do użytku laboratoryjnego, istnieją pojazdy AGV (Automated Guided Vehicle) przeznaczone do użytku w szpitalach.

O ile wiem, większość z nich jest w fazie testów. Jest to jednak z pewnością zadanie do wykonania.

Roboty terapeutyczne

Roboty medyczne stosowane w terapii. Idea, jaka się za tym kryje, jest dość podobna do terapii zwierząt, tylko roboty są bardziej przewidywalne. Dowiedz się więcej o robotach terapeutycznych.

Protetyka biologiczna

To dziedzina związana z robotyką. Wyniku nie można uznać za robota, ale dyscypliny w nim zawarte są dość podobne - sztuczna inteligencja, elektronika, mechanika i inne.

Wielkim marzeniem jest to, że pewnego dnia będą bioniczne ramiona i bioniczne nogi równie dobre i funkcjonalne (a nawet lepsze) niż nasze naturalne kończyny. Ostatnie zmiany w tej dziedzinie są dość uderzające. W tym obszarze działa kilka firm - Ossur, Otto Bock i Touch Bionics to tylko niektóre z tych, które znam.

Zastosowanie i wykorzystanie robotów w medycynie w przyszłości

Być może w przyszłości będzie to możliwe. Pomysł polega na opracowaniu urządzeń o wielkości zaledwie kilku nanometrów, stąd nazwa nanoroboty. Te małe urządzenia mogą być następnie używane na różne sposoby. Na przykład, aby naprawić złamaną kość lub dostarczyć lekarstwa do Właściwe miejsce lub zabić komórki rakowe.

Możliwości ogranicza tylko wyobraźnia. Do tej pory nanoroboty są w fazie badań i rozwoju, więc to właściwie fantazja.

Druga połowa XX wieku to czas intensywnego rozwoju we wszystkich dziedzinach nauki, techniki, elektroniki i robotyki. Medycyna stała się jednym z głównych wektorów wprowadzania robotów i sztucznej inteligencji. Głównym celem rozwoju robotyki medycznej jest wysoka dokładność i jakość usług, zwiększenie skuteczności leczenia oraz zmniejszenie ryzyka szkód dla zdrowia ludzkiego. Dlatego w tym artykule przyjrzymy się nowym metodom leczenia, a także wykorzystaniu robotów i zautomatyzowanych systemów w różnych dziedzinach medycyny.

Już w połowie lat 70. w szpitalu w Fairfax w USA w stanie Wirginia pojawił się pierwszy medyczny robot mobilny ASM, który transportował pojemniki z tacami do karmienia pacjentów. W 1985 roku po raz pierwszy na świecie pojawił się zrobotyzowany system chirurgiczny PUMA 650, zaprojektowany specjalnie dla neurochirurgii. Nieco później chirurdzy otrzymali nowy manipulator PROBOT, a w 1992 roku pojawił się system RoboDoc, który był wykorzystywany w ortopedii do protetyki stawów. Rok później Computer Motion Inc. wprowadził automatyczne ramię Ezopa do trzymania i zmiany położenia kamery wideo podczas zabiegów laparoskopowych. A w 1998 roku ten sam producent stworzył bardziej zaawansowany system ZEUS. Oba te systemy nie były w pełni autonomiczne, ich zadaniem było wspomaganie lekarzy podczas operacji. Pod koniec lat 90. firma deweloperska Intuitive Surgical Inc stworzyła uniwersalny zdalnie sterowany zrobotyzowany system chirurgiczny – Da Vinci, który jest co roku ulepszany i wciąż jest wdrażany w wielu ośrodkach medycznych na całym świecie.

Klasyfikacja robotów medycznych:

Obecnie roboty odgrywają ogromną rolę w rozwoju współczesnej medycyny. Przyczyniają się precyzyjna praca podczas operacji pomagają zdiagnozować i dokonać prawidłowej diagnozy. Zastępują brakujące kończyny i narządy, przywracają i poprawiają zdolności fizyczne osoby, skracają czas hospitalizacji, zapewniają wygodę, szybkość reakcji i komfort oraz oszczędzają koszty utrzymania.

Istnieje kilka rodzajów robotów medycznych, różniących się funkcjonalnością i konstrukcją, a także zakresem dla różnych dziedzin medycyny:

Chirurdzy-roboty i zrobotyzowane systemy chirurgiczne- używany do skomplikowanych operacji chirurgicznych. Nie są autonomicznymi urządzeniami, ale zdalnie sterowanym instrumentem, który zapewnia lekarzowi dokładność, zwiększoną zręczność i sterowność, dodatkową wytrzymałość mechaniczną, zmniejsza zmęczenie chirurga i zmniejsza ryzyko zapalenia wątroby, HIV i innych chorób dla zespołu chirurgicznego.

Roboty symulujące pacjentów- przeznaczony do rozwijania umiejętności podejmowania decyzji i praktycznych interwencji medycznych w leczeniu patologii. Takie urządzenia w pełni odtwarzają fizjologię człowieka, symulują scenariusze kliniczne, reagują na podawanie leków, analizują działania szkolonych i odpowiednio reagują na bodźce kliniczne.

Egzoszkielety i roboty protetyczne- egzoszkielety zwiększają siłę fizyczną i wspomagają proces regeneracji układu mięśniowo-szkieletowego. Protezy robotyczne - implanty zastępujące brakujące kończyny, składają się z elementów mechanicznych i elektrycznych, mikrokontrolerów ze sztuczną inteligencją, a także mogą być sterowane z ludzkich zakończeń nerwowych.

Roboty dla placówek medycznych i roboty asystenckie- są alternatywą dla sanitariuszy, pielęgniarek i pielęgniarek, pielęgniarek, niań i pozostałego personelu medycznego, są w stanie zapewnić pacjentowi opiekę i uwagę, pomóc w rehabilitacji, zapewnić stałą komunikację z lekarzem prowadzącym oraz transportować pacjenta.

Nanoboty- mikroroboty działające w ludzkim ciele na poziomie molekularnym. Przeznaczony do diagnozy i leczenia nowotwór, Badania naczynia krwionośne i naprawy uszkodzonych komórek, potrafią analizować strukturę DNA, przeprowadzać jego korektę, niszczyć bakterie i wirusy itp.

Inne specjalistyczne roboty medyczne- istnieje ogromna liczba robotów, które pomagają w konkretnym procesie leczenia osoby. Na przykład urządzenia, które są w stanie automatycznie przenosić, dezynfekować i kwarcować sale szpitalne, mierzyć puls, pobierać krew do analizy, produkować i wydawać leki itp.

Rozważmy bardziej szczegółowo każdy typ robotów na przykładach nowoczesnych zautomatyzowanych urządzeń opracowanych i wdrożonych w wielu dziedzinach medycyny.

Chirurdzy-roboty i zrobotyzowane systemy chirurgiczne:

Najsłynniejszym chirurgiem-robotem na świecie jest Da Vinci. Urządzenie firmy Intuitive Surgical waży pół tony i składa się z dwóch bloków, jeden to jednostka sterująca przeznaczona dla operatora, a drugi to czteroramienna maszyna pełniąca rolę chirurga. Sztuczny manipulator nadgarstka ma siedem stopni swobody, podobnie jak ludzka ręka, oraz system obrazowania 3D, który wyświetla trójwymiarowy obraz na monitorze. Taka konstrukcja zwiększa dokładność ruchów chirurga, eliminuje drżenie rąk, niezręczne ruchy, zmniejsza długość nacięć i utratę krwi podczas zabiegu.

Chirurg robot Da Vinci

Za pomocą robota można przeprowadzić ogromną liczbę różnych operacji, takich jak renowacja zastawka mitralna, rewaskularyzacja mięśnia sercowego, ablacja tkanek serca, założenie rozrusznika nasierdziowego do resynchronizacji dwukomorowej, operacje tarczycy, bypass żołądka, fundoplikacja Nissena, histerektomia i miomektomia, chirurgia kręgosłupa, wymiana krążka międzykręgowego, tymektomia - operacja usunięcia grasicy, lobektomia płuc, operacje w urologii, przełyku, resekcji guza śródpiersia, radykalnej prostatektomii, pieloplastyce, usunięciu pęcherza moczowego, podwiązaniu i odłączeniu jajowodów, radykalnej nefrektomii i resekcji nerki, reimplantacji moczowodu i innych.

Obecnie trwa walka o rynek robotów medycznych i zautomatyzowanych systemów chirurgicznych. Naukowcy i firmy zajmujące się sprzętem medycznym chętnie wprowadzają swoje urządzenia, dlatego z roku na rok pojawia się coraz więcej urządzeń zrobotyzowanych.

Konkurenci Da Vinci to między innymi nowy robot chirurgiczny MiroSurge przeznaczony do operacji kardiochirurgicznych, ramię robotyczne firmy UPM do precyzyjnego wprowadzania igieł, cewników i innych narzędzi chirurgicznych w minimalnie inwazyjnych zabiegach chirurgicznych, platforma chirurgiczna o nazwie IGAR firmy CSII, system robotyczny Sensei X cewnik wyprodukowany przez Hansen Medical Inc dla złożone operacje na sercu, system do przeszczepu włosów ARTAS firmy Restoration Robotics, system chirurgiczny Mazor Renaissance, który pomaga wykonywać operacje kręgosłupa i mózgu, robot-chirurg od naukowców z SSSA Biorobotics Institute oraz robot-asystent do śledzenia narzędzi chirurgicznych firmy GE Global Research w trakcie rozwoju i wiele innych. Zrobotyzowane systemy chirurgiczne służą jako asystenci lub asystenci lekarzy i nie są urządzeniami w pełni autonomicznymi.

Chirurg robota MiroSurge

Chirurg robot z UPM

Chirurg robot IGAR

Cewnik robota Sensei X

Zrobotyzowany system do przeszczepu włosów ARTAS

Chirurg robot Mazor Renaissance

Chirurg robot z SSSA Biorobotics Institute

Robot śledzący instrumenty chirurgiczne firmy GE Global Research

Roboty symulatorów pacjenta:

Aby rozwinąć praktyczne umiejętności przyszłych lekarzy, istnieją specjalne manekiny robota, które odtwarzają funkcjonalne cechy układu sercowo-naczyniowego, oddechowego, wydalniczego, a także mimowolnie reagują na różne aktywności studenci, na przykład przy wprowadzaniu preparaty farmakologiczne. Najpopularniejszym robotem symulatora pacjenta jest HPS (Human Patient Simulator) amerykańskiej firmy METI. Można do niego podłączyć monitor przyłóżkowy i monitorować ciśnienie krwi, rzut serca, EKG i temperaturę ciała. Urządzenie jest w stanie zużywać tlen i uwalniać dwutlenek węgla, tak jak prawdziwe oddychanie. Podtlenek azotu może być wchłaniany lub uwalniany w trybie znieczulenia. Ta funkcja zapewnia trening sztucznej wentylacji płuc. Źrenice w oczach robota są w stanie reagować na światło, a ruchome powieki zamykają się lub otwierają w zależności od tego, czy pacjent jest przytomny. Na tętnicach szyjnych, ramiennych, udowych, promieniowo-podkolanowych wyczuwalny jest puls, który zmienia się automatycznie i zależy od ciśnienia krwi.

Symulator HPS ma 30 profili pacjentów z różnymi danymi fizjologicznymi, symulując zdrowego mężczyznę, kobietę w ciąży, osobę starszą i tak dalej. Podczas procesu szkoleniowego modelowany jest konkretny scenariusz kliniczny, który opisuje scenę i stan pacjenta, cele, niezbędny sprzęt i leki. Robot posiada bibliotekę farmakologiczną 50 leków, w tym anestetyki gazowe i leki dożylne. Manekin jest sterowany przez komputer bezprzewodowy, dzięki czemu instruktor może kontrolować wszystkie aspekty procesu szkolenia tuż obok ucznia.

Na uwagę zasługuje duża popularność symulatorów porodu, takich jak GD/F55. Przeznaczony jest do szkolenia personelu medycznego na oddziałach położniczo-ginekologicznych, pozwala rozwijać praktyczne umiejętności i zdolności w zakresie ginekologii, położnictwa, neontologii, pediatrii, intensywnej terapii i opieki pielęgniarskiej na oddziale położniczym. Robot Simroid imituje pacjenta na fotelu dentystycznym, jego jama ustna dokładnie powtarza ludzką. Urządzenie jest w stanie symulować dźwięki i jęki, które wytwarza osoba, która odczuwa ból. Istnieją symulatory robotyczne do nauczania technik manipulacyjnych. Jest to w rzeczywistości model osoby z symulatorami żył i naczyń krwionośnych wykonanymi z elastycznych rurek. Na takim urządzeniu studenci ćwiczą umiejętności venesekcji, cewnikowania, nakłuwania żyły.

Egzoszkielety i protezy robotyczne:

Jednym z najbardziej znanych urządzeń medycznych jest kombinezon robota - egzoszkielet. Pomaga osobom niepełnosprawnym fizycznie poruszać ciałem. W momencie, gdy osoba próbuje poruszyć rękami lub nogami, specjalne czujniki na skórze odczytują niewielkie zmiany sygnałów elektrycznych ciała, doprowadzając mechaniczne elementy egzoszkieletu do stanu roboczego. Niektóre z popularnych urządzeń to Walking Assist Device (urządzenie wspomagające chodzenie) japońskiej firmy Honda, rehabilitacyjny egzoszkielet HAL firmy Cyberdyne, szeroko stosowany w japońskich szpitalach, aparat Parker Hannifin z Uniwersytetu Vanderbilt (Vanderbilt University), który umożliwia poruszanie stawami bioder i kolan, potężny egzoszkielet NASA X1 przeznaczony dla astronautów i osób sparaliżowanych, egzoszkielet Kickstart firmy Cadence Biomedical, który nie działa na baterie, ale wykorzystuje energię kinetyczną generowaną przez człowieka podczas chodzenia, eLEGS, Esko Rex, egzoszkielety HULC od producenta Ekso Bionics, ReWalk od ARGO, Mindwalker od Space Applications Services, pomaganie sparaliżowanym ludziom, a także unikalny interfejs mózg-maszyna (BMI) czy po prostu egzoszkielet dla mózgu MAHI-EXO II przywrócić funkcje motoryczne poprzez odczytywanie fal mózgowych.

Powszechne stosowanie egzoszkieletów pomaga wielu ludziom na całym świecie czuć się kompletnymi. Nawet całkowicie sparaliżowani ludzie mogą już dziś chodzić. Uderzającym przykładem są zrobotyzowane nogi fizyka Amita Goffera, które sterowane są za pomocą specjalnych kul i potrafią automatycznie określać, kiedy zrobić krok, rozpoznawać sygnały mowy „do przodu”, „siad”, „wstań”.

Egzoszkielet wspomagania chodzenia

Egzoszkielet HAL firmy Cyberdyne

Egzoszkielet Parker Hannifin

Egzoszkielet NASA X1

Egzoszkielet Kickstart od Cadence Biomedical

Egzoszkielet HULC firmy Ekso Bionics

Egzoszkielet ReWalk od ARGO

Egzoszkielet Mindwalker z usług aplikacji kosmicznych

Egzoszkielet mózgu MAHI-EXO II

Egzoszkielet autorstwa Amita Goffera

Ale co zrobić, gdy brakuje kończyn? Dotyczy to głównie weteranów wojennych, a także ofiar przypadkowych okoliczności. W związku z tym firmy takie jak Quantum International Corp (QUAN) i ich egzoprotezy oraz Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA), wraz z Departamentem Pomocy Weteranom, Centrum Rehabilitacji i Służbą Rozwoju USA, inwestują w badania oraz rozwój robotycznych protez (bionicznych ramion lub nóg), które posiadają sztuczną inteligencję, zdolną do odczuwania środowisko i rozpoznać intencje użytkownika. Urządzenia te dokładnie imitują zachowanie naturalnych kończyn, a także są sterowane przez własny mózg (mikroelektrody wszczepiane do mózgu lub czujniki odczytują neurosygnały i przekazują je jako sygnały elektryczne do mikrokontrolera). Właścicielem najpopularniejszego ramienia bionicznego o wartości 15 000 dolarów jest Brytyjczyk Nigel Ackland, który podróżuje po świecie i promuje stosowanie sztucznych protez robotycznych.

Jednym z ważnych osiągnięć naukowych były sztuczne kostki robota iWalk BiOM, opracowane przez profesora MIT Hugh Herra i jego grupę biomechatroników w MIT Media Lab. iWalk otrzymuje fundusze od Departamentu Spraw Weteranów USA i Departamentu Obrony, dlatego wielu niepełnosprawnych weteranów, którzy służyli w Iraku i Afganistanie, już otrzymało swoje bioniczne kostki.

Robotyczne kostki iWalk BioM

Naukowcy z całego świata dążą nie tylko do poprawy funkcjonalności robotycznych protez, ale także do nadania im realistycznego wyglądu. Amerykańscy naukowcy pod kierunkiem Zhenana Bao z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii stworzyli nanoskórę do medycznych urządzeń protetycznych. Ten materiał polimerowy charakteryzuje się dużą elastycznością, wytrzymałością, przewodnością elektryczną i wrażliwością na nacisk (odczyt sygnałów takich jak panele dotykowe).

Nanoskin z Uniwersytetu Stanforda

Roboty dla placówek medycznych i roboty pomocnicze:

Szpital przyszłości to szpital z minimalnym personelem ludzkim. Każdego dnia do placówek medycznych coraz częściej wprowadzane są roboty pielęgniarskie, roboty pielęgniarskie i roboty telepresence, aby kontaktować się z lekarzem prowadzącym. Na przykład roboty pielęgniarskie Panasonic, roboty pomocnicze Human Support Robot (HSR) Toyoty, irlandzki robot pielęgniarski RP7 firmy InTouch Health, koreański robot KIRO-M5 i wiele innych pracują w Japonii od dawna. Takie urządzenia są platformą na kółkach i są w stanie mierzyć tętno, temperaturę, kontrolować czas jedzenia i przyjmowania leków, w odpowiednim czasie powiadamiać o sytuacjach problemowych i koniecznych działaniach, utrzymywać kontakt z żywym personelem medycznym, zbierać porozrzucane lub upadłe rzeczy itp.

Sanitariusze zrobotyzowani firmy Panasonic

Robot pomocniczy Toyota HSR

Robot pielęgniarka RP7 od InTouch Health

Robot pielęgniarski KIRO-M5

Często w warunkach ciągłej opieki medycznej lekarze nie są w stanie fizycznie poświęcić wystarczającej uwagi pacjentom, zwłaszcza jeśli znajdują się w dużej odległości od siebie. Twórcy zrobotyzowanego sprzętu medycznego wypróbowali i stworzyli roboty telepresence (na przykład LifeBot 5 lub RP-VITA od iRobot i InTouch Health). Zautomatyzowane systemy umożliwiają przesyłanie sygnałów audio i wideo przez 4G, 3G, LTE, WiMAX, Wi-Fi, łączność satelitarną lub radiową, pomiar tętna, ciśnienia krwi i temperatury ciała pacjenta. Niektóre urządzenia mogą wykonywać elektrokardiografię i USG, posiadają elektroniczny stetoskop i otoskop, poruszają się po szpitalnych korytarzach i oddziałach, omijając przeszkody. Ci asystenci medyczni zapewniają terminową opiekę i przetwarzają dane kliniczne w czasie rzeczywistym.

Robot teleobecności LifeBot 5

Robot teleobecności RP-VITA

Do bezpiecznego transportu próbek, leków, sprzętu i materiałów eksploatacyjnych w szpitalach, laboratoriach i aptekach z dużym powodzeniem wykorzystywane są roboty kurierskie. Asystenci posiadają nowoczesny system nawigacji oraz czujniki pokładowe, które ułatwiają poruszanie się w pomieszczeniach o złożonym układzie. Wybitni przedstawiciele takich urządzeń to amerykańscy RoboCourers z Adept Technology i Aethon z University of Maryland Medical Center, japoński Hospi-R z Panasonic i Terapio z Adtex.

Robot kurierski RoboCourers od Adept Technology

Robot kurierski Aethon

Robot kurierski Hospi-R firmy Panasonic

Robot kurierski Terapi od Adtex

Odrębnym kierunkiem rozwoju zrobotyzowanego sprzętu medycznego jest tworzenie transformujących wózków inwalidzkich, zautomatyzowanych łóżek i specjalnych pojazdów dla osób niepełnosprawnych. Przypomnijmy takie rozwiązania, jak krzesło z gumowymi gąsienicami Unimo japońskiej firmy Nano-Optonics (Chiba Institute of Technology) pod kierunkiem profesora nadzwyczajnego Shuro Nakajimy (Shuro Nakajima), wykorzystujące koła do pokonywania schodów lub rowów, Tek Robotic Mobilization Urządzenie zrobotyzowanego wózka inwalidzkiego firmy Action Trackchair. Panasonic jest gotowy rozwiązać problem przenoszenia pacjenta z krzesła na łóżko, co wymaga dużego wysiłku fizycznego personelu medycznego. To urządzenie automatycznie przestawia się z łóżka na krzesło i odwrotnie, gdy jest to potrzebne. Murata Manufacturing Co połączyła siły z firmą Kowa, aby stworzyć innowacyjny pojazd medyczny, Electric Walking Assist Car, autonomiczny rower z systemem sterowania wahadłem i żyroskopem. Zabudowa ta przeznaczona jest głównie dla osób starszych i mających problemy z chodzeniem. Osobno zwracamy uwagę na serię japońskich robotów RoboHelper firmy Muscle Actuator Motor Company, które są niezbędnymi asystentami pielęgniarek w opiece obłożnie chorzy. Urządzenia są w stanie podnieść osobę z łóżka do pozycji siedzącej lub podnieść fizyczne odchody osoby leżącej, z wyłączeniem korzystania z garnków i kaczek.

Nanoboty:

Nanoroboty lub nanoboty to roboty wielkości cząsteczki (mniej niż 10 nm), zdolne do poruszania się, czytania i przetwarzania informacji, a także do programowania i wykonywania określonych zadań. To zupełnie nowy kierunek w rozwoju robotyki. Obszary zastosowania takich urządzeń: wczesne wykrywanie raka i celowane dostarczanie leków do Komórki nowotworowe, narzędzia biomedyczne, chirurgia, farmakokinetyka, monitorowanie pacjentów z cukrzycą, produkcja urządzenia z pojedynczych cząsteczek według jego rysunków za pomocą montażu molekularnego przez nanoroboty, zastosowanie militarne jako środek inwigilacji i szpiegostwa, a także broń, badania i rozwój kosmosu itp.

W tej chwili znane są prace nad mikroskopijnymi robotami medycznymi do wykrywania i leczenia nowotworów pochodzących od południowokoreańskich naukowców, bioroboty naukowców z University of Illinois, które mogą samodzielnie poruszać się w lepkich cieczach i mediach biologicznych, prototyp morza minóg to nanorobot Cyberplazma, który będzie poruszał się w ludzkim ciele, wykrywając choroby na wczesnym etapie, inżynieruje nanoroboty Ado Puna, które mogą podróżować przez układ krążenia, dostarczać leki, wykonywać testy i usuwać skrzepy krwi, nanorobot magnetyczny Spermbot - opracowanie naukowca Olivera Schmidta i jego kolegów z Institute for Integrative Nanosciences w Dreźnie (Niemcy) do dostarczania nasienia i leków, nanobotów do zastępowania białek w organizmie od naukowców z Uniwersytetu Wiedeńskiego (Uniwersytet Wiedeński) wraz z badaczami z Uniwersytetu Zasobów Naturalnych i Nauk Przyrodniczych w Wiedniu (Uniwersytet Zasobów Naturalnych i Nauk Przyrodniczych w Wiedniu).

Mikroroboty cyberplazmatyczne

Nanoboty Ado Puna

Nanorobot magnetyczny Spermbot

Nanoboty do wymiany białek

Inne specjalistyczne roboty medyczne:

Istnieje ogromna liczba wyspecjalizowanych robotów wykonujących indywidualne zadania, bez których nie sposób wyobrazić sobie skutecznego i wysokiej jakości leczenia. Niektóre z tych urządzeń to zrobotyzowany aparat kwarcowy Xenex i robot dezynfekcyjny TRU-D SmartUVC firmy Philips Healthcare. Niewątpliwie takie urządzenia są po prostu niezastąpionymi pomocnikami w walce z zakażenia szpitalne oraz wirusy, które stanowią jeden z najpoważniejszych problemów w placówkach medycznych.

Zrobotyzowany aparat kwarcowy Xenex

Robot do dezynfekcji Philips Healthcare TRU-D SmartUVC

Najczęstszą procedurą medyczną jest pobranie próbki krwi. Jakość zabiegu zależy od kwalifikacji i stanu fizycznego pracownika medycznego. Często próba pobrania krwi za pierwszym razem kończy się niepowodzeniem. Dlatego, aby rozwiązać ten problem, opracowano robota Veebot, który posiada wizję komputerową, za pomocą której określa położenie żyły i delikatnie naprowadza tam igłę.

Robot do pobierania krwi Veebot

Robot Vomiting Larry Vomiting Robot bada norowirusy wywołujące 21 milionów chorób, w tym objawy nudności, wodnistą biegunkę, bóle brzucha, utratę smaku, ogólny letarg, osłabienie, bóle mięśni, bóle głowy, kaszel, temperatura podgorączkowa i oczywiście silne wymioty.

Robot do badania procesu wymiotów Wymioty Larry

Najpopularniejszym robotem dla dzieci pozostaje PARO - puszysta zabawka dla dzieci w formie foki harfy. Robot terapeutyczny może poruszać głową i łapami, rozpoznawać głos, intonację, dotyk, mierzyć temperaturę i światło w pomieszczeniu. Jego konkurentem jest HugBot, gigantyczny pluszowy robot do przytulania, który mierzy tętno i ciśnienie krwi.

Robot terapeutyczny PARO

Niedźwiedź Robot HugBot

Odrębną gałęzią medycyny zajmującą się diagnostyką, leczeniem chorób, urazów i zaburzeń u zwierząt jest weterynaria. Aby szkolić wykwalifikowanych specjalistów w tej dziedzinie, Wyższa Szkoła Medycyny Weterynaryjnej w zakresie rozwoju zrobotyzowanych zwierząt domowych tworzy unikalne roboty szkoleniowe w postaci psów i kotów. Aby przybliżyć dokładne zachowanie zwierzęcia, oprogramowanie jest opracowywane oddzielnie w Centrum Zaawansowanych Systemów Obliczeniowych na Uniwersytecie Cornell (CAC).

Trenerzy robotów w postaci psów i kotów

Skuteczność robotów w medycynie:

Oczywiście zastosowanie robotów w medycynie ma szereg zalet w stosunku do tradycyjnego leczenia z udziałem czynnika ludzkiego. Zastosowanie rąk mechanicznych w chirurgii zapobiega wielu powikłaniom i błędom podczas operacji, ogranicza okres pooperacyjny okres regeneracji zmniejszają ryzyko infekcji i infekcji pacjenta i personelu, wykluczają dużą utratę krwi, zmniejszają ból, przyczyniają się do lepszego efektu kosmetycznego (niewielkie blizny i blizny). Zrobotyzowani asystenci medyczni i roboty rehabilitacyjne pozwalają zwracać baczną uwagę na pacjenta podczas leczenia, kontrolować proces rekonwalescencji, ograniczać żywy personel od żmudnej i nieprzyjemnej pracy, a także pozwalać pacjentowi poczuć się pełnoprawnym człowiekiem. Innowacyjne zabiegi i sprzęt przybliżają nas każdego dnia do zdrowszego, bezpieczniejszego i dłuższego życia.

Z roku na rok światowy rynek robotów medycznych uzupełniany jest o nowe urządzenia i niewątpliwie rośnie. Według Research and Markets, sam rynek robotów rehabilitacyjnych, bioprotez i egzoszkieletów wzrośnie do 1,8 miliarda dolarów do 2020 roku. Główny boom na roboty medyczne spodziewany jest po przyjęciu jednej normy ISO 13482, która stanie się zbiorem zasad dotyczących elementów konstrukcyjnych, materiałów i oprogramowania stosowanego w urządzeniach.

Wniosek:

Bez wątpienia możemy powiedzieć, że roboty medyczne to przyszłość medycyny. Zastosowanie zautomatyzowanych systemów znacząco ogranicza błędy medyczne i zmniejsza niedobory personelu medycznego. Nanorobotyka pomaga przezwyciężyć poważne choroby i zapobiegać powikłaniom na wczesnym etapie, a także szeroko stosować skuteczne nanoleki. W ciągu najbliższych 10-15 lat medycyna osiągnie nowy poziom z wykorzystaniem usług robotycznych. Niestety, Ukraina jest w opłakanym stanie, jeśli chodzi o tę gałąź rozwoju. Na przykład w Rosji w Jekaterynburgu słynny chirurg-robot „Da Vinci” przeprowadził swoją pierwszą operację w 2007 roku. A w 2012 roku prezydent Dmitrij Anatolijewicz Miedwiediew polecił rosyjskiemu Ministerstwu Zdrowia wraz z Ministerstwem Przemysłu i Handlu opracowanie kwestii opracowania nowych technologii medycznych z wykorzystaniem robotyki. Inicjatywę tę poparła Rosyjska Akademia Nauk. Rzeczywistość jest taka, że wobec braku realnego wsparcia władz ukraińskich w rozwoju dziedziny robotyki medycznej, nasze państwo co roku pozostaje w tyle za innymi cywilizowanymi krajami. Z tego wynika wskaźnik poziomu rozwoju kraju jako całości, ponieważ troska o zdrowie i życie obywatela, o której mowa w ustawie zasadniczej – Konstytucji Ukrainy, jest „najwyższą wartością społeczną”.

LLC "OLME" St. Petersburg., dr hab. Pochwa AA

Rozwój robotyki w medycynie odtwórczej, rehabilitacja pacjentów unieruchomionych - problemy i rozwiązania.

Współczesną konkurencję determinuje nie posiadanie dużych zasobów czy potencjału produkcyjnego, ale ilość wiedzy zgromadzonej przez poprzednie pokolenia, umiejętność jej strukturyzacji, zarządzania nią i osobistego jej wykorzystania.
Jednym z ważnych zadań Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) jest wprowadzenie obiecujących IIT z metodami i narzędziami AI do wspólnej interakcji informacyjnej i wykorzystania w medycynie klinicznej.

Nowoczesna koncepcja inteligentnego systemy informacyjne polega na połączeniu elektronicznej dokumentacji pacjenta (elektronicznej dokumentacji pacjenta) z archiwami obrazów medycznych, danych monitoringu z urządzenia medyczne wyniki pracy sponsorowanych laboratoriów i systemów śledzenia, dostępność nowoczesnych środków wymiany informacji (elektroniczna poczta wewnątrzszpitalna, Internet, wideokonferencje itp.).

Obecnie obiecujący kierunek profilaktyki w postaci medycyny odtwórczej, który rozwinął się w oparciu o zasady sanologii i waleologii, otrzymał aktywną formację i intensywny rozwój. Wysoka zachorowalność i śmiertelność, stały spadek jakości życia, ujemny przyrost populacji przyczyniły się do opracowania i wdrożenia niezależnego kierunku profilaktyki w medycynie praktycznej.

Jednak obecne gospodarcze, społeczne, prawne, instytucje medyczne pełnią funkcje głównie w zakresie leczenia i rehabilitacji osób niepełnosprawnych, kwestie profilaktyki i leczenia rehabilitacyjnego choroby nie są dostatecznie poruszone. Sytuacja gospodarcza i społeczna w naszym kraju przyczynia się do powstania poczucia lęku i napięcia w obecności urazu lub choroby u człowieka, jest źródłem problemów psychospołecznych.

Konieczność aktywnego zachowania zdrowia w warunkach infrastruktury organizacji medycznych jest determinowana chęcią wprowadzenia medycyny na nowy etap rozwoju. Jego dalsza reforma jest jednak trudna nie tylko ze względu na niedostateczne finansowanie tej branży, ale także jasne, jednolite standardy i metody planowania, ustalania cen, rozliczania usług medycznych, a także rozłożenie odpowiedzialności między organami wykonawczymi a podmiotami za ich realizację niektórych wielkości opieki medycznej.

W ciągu ostatniej dekady poczyniono znaczne postępy w robotyce medycznej. Dziś kilka tysięcy operacji prostaty jest wykonywanych przy użyciu robotów medycznych z możliwie najmniejszym urazem dla pacjentów. Roboty medyczne pozwalają zapewnić minimalną inwazyjność operacji chirurgicznych, szybszy powrót do zdrowia pacjentów oraz minimalne ryzyko infekcji i skutków ubocznych. Chociaż liczba procedur medycznych wykonywanych przez roboty jest wciąż stosunkowo niewielka, robotyka nowej generacji będzie w stanie zapewnić chirurgom większe możliwości wizualizacji pola operacyjnego, informacji zwrotnej z narzędzia chirurgicznego i będzie miała ogromny wpływ na postęp w Chirurgia.

Wraz ze starzeniem się społeczeństwa stale rośnie liczba osób cierpiących na choroby układu krążenia, udary i inne choroby. Po zawale serca, udarze, urazie kręgosłupa bardzo ważne jest, aby pacjent w miarę możliwości regularnie ćwiczył.

Niestety pacjent jest zwykle zmuszany do podjęcia fizjoterapii w: placówka medyczna, co często jest niemożliwe. Następna generacja robotów medycznych pomoże pacjentom wykonywać przynajmniej część niezbędnych ćwiczeń fizycznych w domu.
Robotyka zaczyna być również wykorzystywana w opiece zdrowotnej do wczesnej diagnozy autyzmu,
trening pamięci u osób z niepełnosprawnością umysłową.

Rozwój robotyki w innych krajach.

Komisja Europejska uruchomiła niedawno program robotyki o wartości 600 milionów euro, mający na celu wzmocnienie przemysłu wytwórczego i usługowego. Korea planuje zainwestować 1 miliard dolarów w rozwój robotyki w ciągu 10 lat. Podobne, ale mniejsze programy istnieją w Australii, Singapurze i Chinach. W Stanach Zjednoczonych finansowanie badań i rozwoju w dziedzinie robotyki realizowane jest głównie w przemyśle obronnym, w szczególności dla systemów bezzałogowych. Ale są też programy rozwoju robotyki w dziedzinie opieki zdrowotnej i usług. Pomimo tego, że branża robotyki narodziła się w USA, światowym liderem w tej dziedzinie jest obecnie Japonia i Europa. I nie jest jasne, w jaki sposób USA będą w stanie utrzymać swoją wiodącą pozycję przez długi czas bez narodowego zaangażowania w rozwój i wdrażanie technologii robotyki.

Istniejący jednostki strukturalne przeprowadzić etapy działań rehabilitacyjnych według zasady: szpital – leczenie stacjonarne – przychodnia. W pierwszym etapie leczenia szpitalnego powikłania ostrej choroby są eliminowane i zapobiegane, proces jest ustabilizowany, następuje adaptacja fizyczna i psychiczna.

Etap sanatoryjno-uzdrowiskowy (II) jest ogniwem pośrednim między szpitalem a polikliniką, gdzie przy względnej stabilizacji parametrów klinicznych i laboratoryjnych prowadzona jest rehabilitacja lecznicza pacjentów w oparciu o lecznicze czynniki naturalne. Etap III to poliklinika, której głównym celem na współczesnym poziomie opieki ambulatoryjnej jest identyfikacja zdolności kompensacyjnych organizmu, ich rozwój w rozsądnych granicach, a także wdrożenie zestawu działań mających na celu zwalczanie czynników ryzyka współistniejące powikłania i nasilenie chorób. Jednak ten system pomocy nie zawsze jest wykonalny w praktyce.

Główną trudnością są znaczne koszty ekonomiczne i finansowe hospitalizacji pacjentów, zwłaszcza w pogranicznym stadium choroby, wysokie koszty leczenia sanatoryjnego oraz niedostateczne wyposażenie poliklinik w nowoczesne metody badania i leczenia.

Obecnie istnieje kilka międzynarodowych standardów rejestracji danych klinicznych w MIS instytucji medycznych:

SNOMED International (Kolegium Patologów Amerykańskich, USA);
Zunifikowany system języka medycznego (Narodowa Biblioteka Medyczna, USA);
Przeczytaj kody kliniczne (Centrum Kodowania i Klasyfikacji Krajowego Systemu Zdrowia, Wielka Brytania).

W ostatnie lata w Stanach Zjednoczonych większość dużych ośrodków medycznych nie funkcjonuje już bez systemów informatycznych (IS), które odpowiadają za ponad 10% wydatków szpitalnych.
W amerykańskim sektorze opieki zdrowotnej technologia informacyjna wydaje około 20 miliardów dolarów rocznie. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się systemy medyczne, które bezpośrednio pomagają lekarzowi w zwiększeniu wydajności pracy i poprawie jakości opieki nad pacjentem.

Prowadzone w ciągu ostatnich pięciu lat badania pozwoliły na pełniejsze zrozumienie procesów zachodzących w urazach rdzenia kręgowego i ich następstw, a także zasad wpływania na negatywne aspekty występujące w obszarze urazu. Tak bliską uwagę tej konkretnej kategorii pacjentów tłumaczy się nasileniem konsekwencji powstałych w procesie urazu i późniejszym dalszym rozwojem traumatycznej choroby rdzenia kręgowego.

Badanie morfologiczne uszkodzonego rdzenia kręgowego (SC) wskazuje, że uszkodzenie tkanki nie ogranicza się do obszaru oddziaływania siły niszczącej, ale uchwycenie pierwotnie nienaruszonych obszarów prowadzi do powstania bardziej rozległego urazu. Jednocześnie w proces zaangażowane są struktury mózgu, a także obwodowy i autonomiczny układ nerwowy. Ustalono, że układy sensoryczne zmieniają się znacznie głębiej niż układy ruchowe.

Współczesna koncepcja patogenezy urazowego uszkodzenia SM uwzględnia dwa główne powiązane ze sobą mechanizmy śmierci komórki: martwicę i apoptozę.
Martwica jest związana z bezpośrednim pierwotnym uszkodzeniem tkanki mózgowej w momencie przyłożenia siły urazowej (stłuczenie lub ucisk miąższu mózgu, zaburzenia naczyniowo-krążeniowe). Ognisko martwicze następnie przekształca się w bliznę tkanki łącznej glejowo-łącznej, w pobliżu której w dystalnej i proksymalnej części rdzenia kręgowego tworzą się małe zagłębienia, tworząc pourazowe torbiele różnej wielkości.

Apoptoza jest mechanizmem opóźnionego (wtórnego) uszkodzenia komórek, czyli ich fizjologicznej śmierci, która jest zwykle niezbędna do odnowy i różnicowania tkanek. Rozwój apoptozy w uszkodzeniu rdzenia kręgowego związany jest z wpływem na genom komórki aminokwasów pobudzających (glutaminian), jonów Ca2+, mediatorów stanu zapalnego, niedokrwienia itp.
Początkowo apoptozę neuronów obserwuje się w pobliżu ogniska martwiczego (szczyt zgonu to 4-8 godzin). Następnie rozwija się apoptoza mikro- i oligodendrogleju (szczyt zgonów przypada na trzeci dzień). Kolejny szczyt apoptozy glejowej obserwuje się po 7-14 dniach w pewnej odległości od miejsca urazu i towarzyszy mu śmierć oligodendrocytów.
Wtórny zmiany patologiczne obejmują wybroczyny i martwicę krwotoczną, wolnorodnikowe utlenianie lipidów, zwiększoną aktywność proteazy, zapalną neurofagocytozę i niedokrwienie tkanek z dalszym uwalnianiem jonów Ca2+, pobudzających aminokwasów, kinin i serotoniny. Wszystko to ostatecznie objawia się powszechną degeneracją wstępującą i zstępującą oraz demielinizacją przewodników nerwowych, śmiercią części aksonów i gleju.

Zaburzenia czynności wielu narządów i układów, które nie zostały bezpośrednio dotknięte traumą, tworzą nowe różnorodne sytuacje patologiczne. W odnerwionych tkankach wrażliwość na biologiczną substancje aktywne(acetylocholina, adrenalina itp.), zwiększa się pobudliwość pól receptywnych, zmniejsza się próg potencjału błonowego, zmniejsza się zawartość ATP, glikogenu i fosforanu kreatyny. W mięśniach niedowładnych zaburzony jest metabolizm lipidów i węglowodanów, co wpływa na ich właściwości mechaniczne – rozciągliwość i kurczliwość oraz przyczynia się do sztywności.

Zaburzenie gospodarki mineralnej prowadzi do powstania skostnień przykostnych i okołostawowych, kostniejącego zapalenia mięśni, osteoporozy.
Wszystko to może powodować nowe komplikacje: odleżyny, owrzodzenia troficzne, zapalenie kości i szpiku, przykurcze stawowo-mięśniowe, zesztywnienie, złamania patologiczne, deformacje kości - w układzie mięśniowo-szkieletowym; tworzenie się kamieni, refluks, stany zapalne, niewydolność nerek - w układzie moczowym. Powstają relacje, które są destrukcyjne. Istnieje ucisk i utrata funkcji wielu systemów, które nie zostały bezpośrednio dotknięte przez uraz. Pod wpływem ciągłego strumienia aferentnych impulsów aktywne struktury nerwowe popadają w stan parabiozy i stają się odporne na określone impulsy.

Równolegle powstaje kolejna dynamiczna linia - regeneracyjno-adaptacyjne zmiany funkcjonalne. W warunkach głębokiej patologii następuje optymalnie możliwa restrukturyzacja mechanizmów zapewniających adaptację do środowiska. Ciało przechodzi na nowy poziom homeostazy. W tych warunkach nadreaktywności i stresu powstaje traumatyczna choroba rdzenia kręgowego (TSCD).
Aby przetestować założenie o istnieniu sposobów zapobiegania tworzeniu się tkanki bliznowatej w obszarze urazu rdzenia kręgowego, przed kiełkowaniem przez nią aksonów neuronów (hipoteza robocza), Vagin Alexander Anatolyevich przeprowadził eksperymentalne prace nad Wistarem szczury. Do badań wybrano zwierzęta dobrze rozwinięte i zdrowe, o dobrym zachowaniu, dojrzałe płciowo, w wieku jednego roku.

Wszystkie procedury doświadczalne i manipulacje przeprowadzono w sali operacyjnej Zakładu Fizjologii Patologicznej WAM w warunkach spełniających wymagania SanPiN 2.1.3.1375-03. Zwierzęta umieszczono na stole operacyjnym. Zastosowano znieczulenie eterowe. W grupie kontrolnej (grupa A) było 22 szczury, w grupach głównych (grupa B i C) odpowiednio 21 i 22. Wszystkie zwierzęta poddano częściowemu (w znieczuleniu eterem) odnerwieniu dolnej części rdzenia kręgowego na poziomie III kręgu piersiowego. Eksperymentalne odnerwienie zwierząt doświadczalnych przeprowadzono w warunkach sterylnych zgodnie z zasadami aseptyki i antyseptyki. W przypadku urazu kręgosłupa u szczurów zastosowano tylko prostą igłę 1,2x40 mm i materiał szewny do założenia pętli uciskowej na rdzeń kręgowy (nić supramidowa o średnicy 0,1 mm jest sterylna). Po zadaniu urazu doświadczalnego w okresie pooperacyjnym zwierzęta z różnych grup trzymano w różny sposób, ale wszystkie zanurzano we śnie polekowym (Sol. Relanii 0,3 dootrzewnowo, 2 razy dziennie) przez cały okres obserwacji.

Grupa kontrolna (A) była trzymana w standardowe warunki, a u szczurów z grup głównych (B i C) zastosowano metodę przetrzymywania w warunkach fiksacji w specjalnej kuwecie. Urządzenie z kuwetą służyło jako prototyp „optymalnego środowiska redukującego” i składało się z nieruchomego złoża wykonanego z rury poliuretanowej o średnicy 5 cm i długości 10 cm, rozciętej wzdłuż długości pozostawiając płatki o długości 5 cm i szerokości 1 cm dla mocowanie łap zwierzęcia. Płatki kuwety są połączone z ruchomymi dźwigniami silników elektrycznych (4 sztuki), których pręty wykonują ruchy liniowe pozwalające na wykonywanie określonych ruchów łap zwierzęcia (ruchy bierne) poprzez urządzenie przekaźnikowe, które odbiera polecenia z komputer przemysłowy według zadanego programu. W opisywanym legowisku zwierzę położono na grzbiecie. Jego łapy były przymocowane do płatków kuwety. Ruchy bierne wykonywano w postaci odwodzenia i przywodzenia kończyn zwierzęcia. Ewentualne aktywne ruchy zwierząt były przez nich wykonywane w okresach przebudzenia.

Eksperyment prowadzono w dwóch kierunkach:

Zmiany w skrawkach rdzenia kręgowego zwierząt po urazach badano we wszystkich grupach pod mikroskopem świetlnym i elektronowym.
Podczas obserwacji zwierząt z grupy kontrolnej i głównej rejestrowano warunki ustępowania bólu, wrażliwość na temperaturę, a także aktywność ruchową.

W wyniku badań histologicznych, patofizjologicznych uzyskano następujące wyniki. W badaniu histologicznym skrawków rdzenia kręgowego szczurów z grupy kontrolnej A śmierć komórek w wyniku urazu po bezpośrednim uszkodzeniu rdzenia kręgowego występuje w wyniku martwicy i trwa do 14 dni. W przyszłości śmierć komórki następuje w wyniku apoptozy, którą obserwuje się do 21-30 dni z tworzeniem się tkanki bliznowatej. Tkanka bliznowata powstaje ze zdegenerowanych, losowo zlokalizowanych włókien mielinowych i osiowych cylindrów, które uniemożliwiają wzrost aksonów neuronalnych przez strefę bliznowacenia. Obszar powstawania tkanki bliznowatej obejmuje jądra komórek przechodzących w stadium ciał apoptoidowych.

Jednocześnie w grupie głównej B* - (B i C) ujawnia się wyraźny obraz histologiczny neurogleju i regeneracji komórek nerwowych w warunkach metody PDIC.
Podczas przetwarzania materiałów statystycznych eksperymentalnej części patofizjologicznej badania dane w grupie A dotyczące przywrócenia wrażliwości na ból i temperaturę, a także Funkcje motorowe nieoznaczone.
W grupie B* - (B i C) powrót wrażliwości na ból zaobserwowano w 21,5% przypadków, w 78,5% przypadków nie nastąpiła poprawa. Przywrócenie wrażliwości na temperaturę odnotowano u 15,4% zwierząt doświadczalnych, w 84,6% przypadków nie odnotowano powrotu do zdrowia. W wyniku badania zmian aktywności ruchowej powrót do zdrowia zaobserwowano tylko w grupie głównej B*. Stwierdzono, że ruchy kończyn zostały przywrócone u 26,2% zwierząt, w 73,8% przypadków nie doszło do wyzdrowienia. Zgodnie z danymi z analizy nieparametrycznej stanu bólu, wrażliwości temperaturowej, funkcji motorycznej u badanych szczurów ma ona istotne (p<0,05) влияние на комплекс реабилитационных лечебных мероприятий с использованием метода постоянной длительной импульсной кинетикотерапии. Все данные используемые в анализе измерялись в номинальной шкале, для которой используются следующие критерии: Фи, V Крамера и коэффициент сопряженности, подтверждающие выявленные значимости различий встречаемых параметров в исследуемых группах (р<0,05).

Praktyczna aprobata systemu doświadczalnego na zwierzętach doświadczalnych doprowadziła do wniosku, że technika rehabilitacji mająca na celu odpowiednie wykorzystanie odkrytego zjawiska tworzenia optymalnych warunków do przywrócenia funkcji uszkodzonego SM powinna zapewnić następujące warunki:

okresowe tworzenie podrażnienia dróg odprowadzających i doprowadzających powyżej i poniżej ogniska uszkodzenia rdzenia kręgowego;
zamknięcie łuku odruchowego, a tym samym aktywacja aparatu segmentarno-odruchowego rdzenia kręgowego po tym samym czasie, z tą samą siłą, w tej samej kolejności przez długi czas;
pracować przez całą dobę przez cały okres rehabilitacji.

Analiza wyników części eksperymentalnej pracy wykazała, że zastosowanie metody ciągłej długotrwałej pulsacyjnej kinezyterapii w okresie pourazowym w stanach klinicznych u pacjentów z następstwami urazów kręgosłupa może stymulować przywracanie utraconych funkcji narządów i układów.

Przenosząc potwierdzony eksperymentalnie model optymalnego środowiska fizjologicznego na platformę badań klinicznych wyszliśmy z tego, że podstawą opracowanej nowej metody leczenia rehabilitacyjnego takich pacjentów będzie rozwiązanie głównych zadań rehabilitacji:

stworzenie najkorzystniejszych warunków dla przebiegu procesów regeneracyjnych w rdzeniu kręgowym;
zapobieganie i leczenie odleżyn, przetok, zapalenia kości i szpiku, przykurczów, deformacji aparatu kostno-stawowego;
eliminacja lub zmniejszenie zespołu bólowego;
ustanowienie niezależnych kontrolowanych czynności oddawania moczu i defekacji;
zapobieganie i leczenie powikłań ze strony układu moczowego, oddechowego i sercowo-naczyniowego;
zapobieganie i leczenie atrofii i spastyczności mięśni;
rozwój umiejętności samodzielnego poruszania się i samoobsługi.

Przy wsparciu finansowym firmy OLME LLC powstał rehabilitacyjny system kinetyczny, który przyczynia się do automatycznego prowadzenia cyklicznie generowanej stymulacji dróg odprowadzających i doprowadzających, zamknięcia łuku odruchowego i tym samym aktywacji aparatu odruchowo-odcinkowego rdzenia kręgowego przez ten sam czas przerwy, z taką samą siłą, w tej samej kolejności przez całą dobę przez cały czas trwania rehabilitacji pacjenta (dni, tygodnie, miesiące i lata) i pozwala uratować układ mięśniowo-szkieletowy, obwodowy układu nerwowego i aparatu segmentowego, co pozwala mówić o nowych podejściach do rehabilitacji.

Mimo braku środków od państwa, dziś firma „OLME” położyła podwaliny pod robotykę z informatyką do rehabilitacji unieruchomionych pacjentów przez długi czas w domu w naszym kraju. Ten kierunek rozwoju rehabilitacji umożliwia znaczne zmniejszenie śmiertelności i niepełnosprawności w tej kategorii pacjentów, wydłużenie średniej długości życia i, w większości przypadków, powrót do pełnoprawnej pracy za 4-5 lat.

Bibliografia:

Ado AD Fizjologia patologiczna./ A. D. Ado, L. M. Ishimova. - M., 1973. - 535 s.
Pochwa AA Uzasadnienie patofizjologiczne zastosowania metody ciągłej, długotrwałej, pulsacyjnej kinezyterapii w leczeniu i rehabilitacji pacjentów z następstwami urazów kręgosłupa: Cand. cand. miód. Nauki. - Petersburg, 2010 r. - 188 pkt.
Basakyan AG Apoptoza w urazowym uszkodzeniu rdzenia kręgowego: perspektywy korekty farmakologicznej / A. Basakyan, A.V. Baskov, N.N. Sokolov, I.A. Borshchenko - Zagadnienia chemii medycznej nr 5, 2000. [Zasoby elektroniczne]. - Tryb dostępu: http://www.jabat.narod.ru/005/0145.htm. lub http://medi.ru/pbmc/8800501.htm
Borshchenko IA Wybrane aspekty patofizjologii urazów i regeneracji rdzenia kręgowego. / I. A. Borshchenko, A. V. Baskov, A. G. Korshunov, F. S. Satanova // Journal of Problems of Neurosurgery. - №2.- 2000. [Zasób elektroniczny]. - Tryb dostępu: http://sci-rus.com/pathology/index.htm.
Viktorov IV Aktualny stan badań nad regeneracją ośrodkowego układu nerwowego in vitro i in vivo./ IV Viktorov // Drugie ogólnounijne sympozjum „Pobudliwe komórki w hodowli tkankowej”. - Pushchino, 1984. - S. 4-18.
Georgieva SV Homeostaza, pourazowa choroba mózgu i rdzenia kręgowego. / S. V. Georgieva, I. E. Babichenko, D. M. Puchinyan - Saratów, 1993 - 115 s
Greten AG Problematyczne aspekty mechanizmów procesów naprawczych w mózgu. / AG Greten. // Mechanizmy i korekta procesów regeneracji mózgu. - Gorki, 1982. - S. 5 -11.
Aranda J.M. Dokumentacja medyczna zorientowana na problem: Doświadczenia w szpitalu środowiskowym. JAMA 229:549-551, 1974
Braunberg A.C. Apel dotyczący kart inteligentnych przyspiesza wkraczanie do głównego nurtu // Signal.1995.-styczeń.P.35-39.
Buchanan J.M. Zautomatyzowane Szpitalne Systemy Informacyjne. // Mil. Med. - 1996. -t. 131, nr 12.-P.1510-1512.
ISO/IEC JTC1/SC 29 N1580, 1996-04-23. Ekspert z Biuletynu ISO: Standardy dla Globalnej Infrastruktury Infrastruktury, Czym jest GII? Medycyna 2001: Nowe technologie, nowe rzeczywistości, nowe społeczności //MedNet- 1996, 4-8 sierpnia s.
Van Hentenryck K. Poziom zdrowia siódmy. Rzucając światło na HL7 "s Wersja 2.3 Standard. // Healthc Inform. - 1997. - Vol. 14, No. 3. - P.74.
Wilson I.H., Watters D. Korzystanie z komputerów osobistych w szpitalu klinicznym w Zambii //Br. Med. F. - 1988. - t. 296, nr 6617. - str. 255-256.
Puzin M.N., Kiparisova E.S., Gunter N.A., Kiparisov V.B. Oddział Chorób Nerwowych i Neurodentystyki „Medbioekstrem”, Szpital Kliniczny „Medbioekstrem” nr 6, Poliklinika nr 107, Moskwa
roboting.ru/tendency/727-obzor-pers
Neurotraumatologia: Podręcznik./ Ed. JAKIŚ. Konovalova, L.B. Likhterman, AA Potapova.- Moskwa, 1994.- 356 str. [Zasób elektroniczny]. - Tryb dostępu: http://sci-rus.com/reference_book/ref_00.htm
Oks S. Podstawy neurofizjologii: Per. z angielskiego / S. Oks - M., Mir, 1969. - 448 s.
Romodanov A.P., Niektóre problemy urazów kręgosłupa i rdzenia kręgowego według literatury zagranicznej./ A.P. Romodanow, K.E. Rudiaka. // Zagadnienia neurochirurgii. - 1980. - nr 1. - P.56 - 61
Shevelev I. N. Przywrócenie funkcji rdzenia kręgowego: nowoczesne możliwości i perspektywy badań / I. N. Shevelev, A. V. Baskov, D. E. Yarikov, I. A. Borshchenko // Journal of Neurosurgery Issues - 2000. - nr 3. [Zasoby elektroniczne]. - Tryb dostępu: http://www.sci-rus.com/pathology/regeneration.htm
Lockshin R.A. Kwasy nukleinowe w śmierci komórkowej. Starzenie się i śmierć komórki./ R.A Lockshin, Z. Zakeri-Milovanovic./ Eds. I. Davis i DC Sigl.. - 1984, Cambridge. - str. 243 - 245
Yong C., Arnold PM, Zoubine M.N., Citron BA, Watanabe I., Berman NE, Festoff B.W. // J. Neurotrauma. - 1998 - nr 15. - str. 459 - 472.

Wyświetlenia: 6900

" onclick="window.open(this.href," win2 return false > Drukuj