Znanstvena robotika. Roboti v medicini: Pregled sodobnih tehnologij Robotska medicina

Danes se raziskovalne skupine po vsem svetu trudijo najti koncept uporabe robotov v medicini. Čeprav je morda pravilneje reči "že otipana". Sodeč po številu razvoja in zanimanju različnih znanstvenih skupin je mogoče trditi, da je ustvarjanje medicinskih mikrorobotov postalo glavna smer. Sem spadajo tudi roboti s predpono »nano-«. Poleg tega so bili prvi uspehi na tem področju doseženi razmeroma nedavno, šele pred osmimi leti.

Leta 2006 je ekipa raziskovalcev pod vodstvom Sylvana Martela izvedla prvi uspešen poskus na svetu, tako da je v karotidno arterijo živega prašiča izstrelila majhnega robota, velikega kot kroglica nalivnega peresa. Istočasno se je robot premaknil po vseh "točkah poti", ki so mu bile dodeljene. In z leti, ki so minila od takrat, je mikrorobotika nekoliko napredovala.

Eden glavnih ciljev današnjih inženirjev je izdelava takšnih medicinskih robotov, ki se bodo lahko premikali ne le po velikih arterijah, temveč tudi po relativno ozkih krvnih žilah. To bi omogočilo izvedbo kompleksnega zdravljenja brez tako travmatičnega kirurškega posega.

A to še zdaleč ni edina potencialna korist mikrorobotov. Prvič, koristni bi bili pri zdravljenju raka, saj bi zdravilo ciljno dovajali neposredno v malignom. Težko je preceniti vrednost te priložnosti: med kemoterapijo se zdravila dovajajo skozi kapalko, kar povzroči hud udarec celotnemu telesu. Pravzaprav gre za močan strup, ki poškoduje številne notranje organe in za družbo tudi sam tumor. To je primerljivo z bombardiranjem s preprogo za uničenje majhne tarče.

Naloga ustvarjanja takšnih mikrorobotov je na stičišču številnih znanstvenih disciplin. Na primer, z vidika fizike - kako narediti tako majhen predmet, da se neodvisno giblje v viskozni tekočini, kar je zanj kri? Z inženirskega vidika - kako robotu zagotoviti energijo in kako slediti gibanju drobnega predmeta skozi telo? Z vidika biologije - katere materiale uporabiti za izdelavo robotov, da ne škodijo človeškemu telesu? In v idealnem primeru bi morali biti roboti biorazgradljivi, da jim ni treba reševati problema njihovega odstranjevanja iz telesa.

Eden od primerov, kako lahko mikroroboti "kontaminirajo" pacientovo telo, je "bioraketa".

Ta različica mikrorobota je jedro iz titana, obdano z aluminijasto lupino. Premer robota je 20 µm. Aluminij reagira z vodo, pri čemer na površini lupine nastanejo vodikovi mehurčki, ki potiskajo celotno strukturo. V vodi takšna "bioraketa" v eni sekundi preplava razdaljo, ki je enaka 150 njenim premerom. To lahko primerjamo z dvometrašem, ki v sekundi preplava 300 metrov, 12 bazenov. Takšen kemični motor deluje približno 5 minut zaradi dodatka galija, ki zmanjša intenzivnost nastajanja oksidnega filma. To pomeni, da je največja rezerva moči približno 900 mm v vodi. Smer gibanja daje robotu zunanje magnetno polje in se lahko uporablja za ciljno dovajanje zdravil. Toda šele ko se "naboj" izprazni, bo pacient našel razpršenost mikrobalončkov z aluminijasto lupino, ki nima blagodejnega učinka na človeško telo, za razliko od biološko nevtralnega titana.

Mikroroboti morajo biti tako majhni, da preprosto prilagajanje tradicionalnih tehnologij na pravo velikost ne bo delovalo. Prav tako se ne proizvajajo standardni deli ustrezne velikosti. Pa tudi če bi, preprosto ne bi bili primerni za tako specifične potrebe. In zato raziskovalci, kot se je že večkrat v zgodovini izumov, iščejo navdih v naravi. Na primer, v istih bakterijah. Na mikro, še bolj pa na nanoravni delujejo povsem drugačni fizikalni zakoni. Zlasti voda je zelo viskozna tekočina. Zato drugo inženirske rešitve za zagotavljanje gibanja mikrorobotov. Bakterije pogosto rešujejo to težavo s pomočjo cilij.

V začetku tega leta je skupina raziskovalcev z Univerze v Torontu ustvarila 1 mm dolg prototip mikrorobota, ki ga nadzira zunanje magnetno polje in je opremljen z dvema prijemaloma. Razvijalcem je z njim uspelo zgraditi most. Poleg tega se ta robot lahko uporablja ne samo za dostavo zdravil, ampak tudi za mehansko popravilo tkiv v obtočnem sistemu in organih.

Mišičasti roboti

Drug zanimiv trend v mikrorobotiki so roboti, ki jih poganjajo mišice. Na primer, obstaja tak projekt: stimuliran z elektriko mišična celica, na katerega je pritrjen robot, katerega "greben" je iz hidrogela.

Ta sistem pravzaprav posnema naravno raztopino, ki jo najdemo v organizmih mnogih sesalcev. Na primer, v človeškem telesu se krčenje mišic prenaša na kosti preko kit. Pri tem biorobotu se, ko se celica skrči pod delovanjem elektrike, "greben" upogne in prečni palici, ki delujeta kot nogi, privlačita druga drugo. Če se eden od njih pri upogibanju "grebena" premakne na krajšo razdaljo, se robot premakne proti tej "nogi".

Obstaja še ena vizija, kakšni bi morali biti medicinski mikroroboti: mehki, ki ponavljajo oblike različnih živih bitij. Na primer, tukaj je taka robo-čebela (RoboBee).

Res je, da ni namenjen za medicinske namene, ampak za številne druge: opraševanje rastlin, iskanje in reševanje, odkrivanje strupenih snovi. Avtorji projekta seveda ne kopirajo na slepo anatomske značilnostičebele. Namesto tega natančno analizirajo različne "konstrukcije" organizmov različnih žuželk, jih prilagajajo in prevajajo v mehaniko.

Ali pa še en primer uporabe "konstrukcij", ki so na voljo v naravi - mikrorobot v obliki školjke. Premika se s pomočjo loputanja "zaklopov", s čimer se ustvari curek. Z velikostjo približno 1 mm lahko plava v človeku zrklo. Tako kot večina drugih medicinskih robotov tudi ta "školjka" kot vir energije uporablja zunanje magnetno polje. A obstaja pomembna razlika – energijo prejema le za gibanje, polje samo ga ne premika, za razliko od večine drugih vrst mikrorobotov.

veliki roboti

Parkirajo seveda samo mikroroboti medicinske tehnologije ni omejeno. V fantazijskih filmih in knjigah so medicinski roboti običajno predstavljeni kot zamenjava za človeškega kirurga. Na primer, to je nekakšna velika naprava, ki hitro in zelo natančno izvaja vse vrste kirurških manipulacij. In ni presenetljivo, da je bila ta ideja ena prvih uresničenih. Seveda sodobni kirurški roboti ne morejo nadomestiti človeka kot celote, vendar jim že popolnoma zaupajo šivanje. Uporabljajo se tudi kot podaljški kirurgovih rok, kot manipulatorji.

Vendar pa v medicinskem okolju spori glede primernosti uporabe takšnih strojev ne pojenjajo. Številni strokovnjaki menijo, da takšni roboti ne prinašajo posebnih ugodnosti, vendar pa zaradi visoke cene močno podražijo zdravstvene storitve. Po drugi strani pa obstaja študija, ki pravi, da bolniki z rakom prostate, ki so operirani z robotskim asistentom, kasneje potrebujejo manj intenzivno uporabo. hormonska zdravila in radioterapijo. Na splošno ni presenetljivo, da so bila prizadevanja mnogih znanstvenikov usmerjena v ustvarjanje mikrorobotov.

Zanimiv projekt je Robonaut, telemedicinski robot, namenjen pomoči astronavtom. To je še vedno eksperimentalni projekt, vendar se takšen pristop lahko uporablja ne le za zagotavljanje tako pomembnih in dragih ljudi na usposabljanju, kot so astronavti. Telemedicinski roboti se lahko uporabljajo tudi za pomoč na različnih težko dostopnih območjih. Seveda bi bilo to priporočljivo le, če bi bilo ceneje namestiti robota v ambulanto kakšne oddaljene tajge ali gorske vasi, kot pa obdržati bolničarja na plači.

In ta medicinski robot je še bolj visoko specializiran, uporablja se za zdravljenje plešavosti. ARTAS samodejno »izkoplje« lasne mešičke iz pacientovega lasišča na podlagi fotografij visoke ločljivosti. Nato človeški zdravnik ročno vnese "žetev" v plešasta področja.

Kljub temu svet medicinskih robotov sploh ni tako monoton, kot se morda zdi neizkušenemu človeku. Poleg tega se aktivno razvija, kopičijo se ideje, eksperimentalni rezultati, iščejo se najučinkovitejši pristopi. In kdo ve, morda bo beseda "kirurg" še v našem življenju pomenila zdravnika ne s skalpelom, temveč s kozarcem mikrorobotov, ki jih bo dovolj pogoltniti ali vnesti skozi kapalko.

". Prevod v rusko uredniško mesto

2.3 Medicina in robotika

2.3.1 Pregled območja

Zdravstvo in roboti

Zaradi demografskih sprememb v mnogih državah se zdravstveni sistemi soočajo z vse večjim pritiskom, saj morajo služiti starajočemu se prebivalstvu. Ker povpraševanje po storitvah narašča, se postopki izboljšujejo, kar vodi do boljših rezultatov. Hkrati pa stroški zagotavljanja zdravstvene storitve, kljub upadanju števila zaposlenih na področju zdravstva.

Zdi se, da je uporaba tehnologije, vključno z robotiko, del možne rešitve. V tem dokumentu je področje medicine razdeljeno na tri podpodročja:

- Roboti za bolnišnice (klinična robotika): Ustrezne robotske sisteme lahko definirate kot tiste, ki zagotavljajo procese »oskrbe« in »zdravljenja«. Najprej so to roboti za diagnostiko, zdravljenje, kirurške posege in dajanje zdravil, pa tudi v sistemih za nujno pomoč. Te robote upravlja bolnišnično osebje ali usposobljeni strokovnjaki za nego bolnikov.

- Roboti za rehabilitacijo (Rehabilitacija): Takšni roboti zagotavljajo pooperativno ali posttravmatsko oskrbo, ko bo neposredna fizična interakcija z robotskim sistemom bodisi pospešila proces okrevanja (okrevanja) bodisi zagotovila nadomestilo za izgubljeno funkcionalnost (na primer, ko gre za protetično nogo ali roko). ).

- Pomožni roboti (pomožna robotika): Ta segment vključuje druge vidike robotike, ki se uporabljajo v medicinski praksi, kjer je primarni namen robotskih sistemov zagotavljanje podpore bodisi tistemu, ki nudi zdravstveno oskrbo bodisi neposredno pacientu, ne glede na to ali gre za bolnišnico ali drugo zdravstveno ustanovo.

Za vse te poddomene je značilna potreba po zagotavljanju varnostnih sistemov, ki upoštevajo klinične potrebe bolnikov. Običajno te sisteme upravlja ali konfigurira usposobljeno bolnišnično osebje.

Medicinska robotika je več kot le tehnologija

Poleg razvoja neposredno robotiziranih tehnologij je pomembno, da se ustrezni roboti uvedejo v procese zdravljenja v bolnišnici ali druge zdravstvene postopke. Sistemske zahteve morajo temeljiti na jasno opredeljenih potrebah uporabnika in prejemnika storitve. Pri razvoju takih sistemov je ključnega pomena dokazati dodano vrednost, ki jo lahko zagotovijo, ko so implementirani, kar je ključnega pomena za nadaljnji uspeh na trgu. Pridobivanje dodane vrednosti zahteva neposredno vključevanje zdravstvenih strokovnjakov in pacientov v razvojni proces te tehnike, tako v fazi načrtovanja kot izvedbe robotskega razvoja. Razvoj sistemov v kontekstu njihovega prihodnjega aplikacijskega okolja zagotavlja vključenost zainteresiranih strani. Jasno razumevanje obstoječe medicinske prakse, očitna potreba po usposabljanju medicinskega osebja za uporabo sistema in posedovanje različnih informacij, ki so morda potrebne za razvoj, so ključni dejavniki pri ustvarjanju sistema, primernega za nadaljnjo implementacijo. Uvedba robotov v zdravniška praksa bo zahtevala prilagoditev celotnega sistema izvajanja zdravstvenega varstva. To je občutljiv proces, v katerem tehnologija in praksa izvajanja zdravstvenega varstva vplivata drug na drugega in se bosta morali prilagajati druga drugi. Že od začetka razvoja je pomembno upoštevati ta vidik »soodvisnosti«.

Razvoj robotov za potrebe medicine vključuje zelo širok spekter različnih možnih aplikacij. Oglejmo si jih v nadaljevanju v kontekstu predhodno opredeljenih treh glavnih tržnih segmentov.

Roboti za bolnišnice

Ta segment predstavljajo različne aplikacije. Na primer, lahko ločimo naslednje kategorije:

Sistemi, ki neposredno povečajo zmogljivosti kirurga v smislu spretnosti (fleksibilnost in natančnost) in moči;

Sistemi, ki omogočajo oddaljeno diagnostiko in posege. V to kategorijo lahko spadajo tako daljinsko upravljani sistemi, ko je zdravnik lahko na večji ali manjši oddaljenosti od pacienta, kot sistemi za uporabo v pacientovem telesu;

Sistemi, ki nudijo podporo med diagnostičnimi postopki;

Sistemi, ki nudijo podporo med kirurškimi posegi.

Poleg teh bolnišničnih aplikacij obstajajo številne bolnišnične pomožne aplikacije, vključno z roboti za vzorčenje, laboratorijskim testiranjem vzorcev tkiv in drugimi storitvami, potrebnimi v bolnišnični praksi.

Roboti za rehabilitacijo

Rehabilitacijska robotika vključuje naprave, kot so proteze ali na primer robotski eksoskeleti ali ortoze, ki zagotavljajo usposabljanje, podporo ali nadomestilo za izgubljene dejavnosti ali oslabljeno funkcionalnost. Človeško telo in njegove strukture. Takšne naprave se lahko uporabljajo tako v bolnišnicah kot v Vsakdanje življenje bolnikov, vendar običajno zahtevajo začetno prilagoditev s strani zdravstvenih delavcev in naknadno spremljanje njihovega pravilnega delovanja in interakcije z bolnikom. Predvideva se, da bo pooperativno okrevanje, zlasti v ortopediji, glavna uporaba takih robotov.

Specialistična podpora in asistenčna robotika

Ta segment vključuje podporne robote za uporabo v bolnišnicah ali domačem okolju, ki so zasnovani za pomoč bolnišničnemu osebju ali negovalcem pri opravljanju rutinskih nalog. Opaziti je mogoče pomembno razliko v načrtovanju in izvedbi robotskih sistemov, povezanih s krajem in pogoji njihove uporabe. V okviru usposobljene uporabe, bodisi v bolnišničnem okolju ali doma pri uporabi robota za nego starejše osebe, se lahko razvijalci zanesejo na usposobljeno osebo, ki bo upravljala robota. Tak robot mora ustrezati zahtevam in standardom bolnišničnega in zdravstvenega sistema ter imeti ustrezne certifikate. Ti roboti bodo pomagali osebju ustreznih zdravstvenih ustanov pri vsakodnevnem delu, zlasti medicinskim sestram in negovalcem. Takšni robotski sistemi naj bi medicinski sestri omogočili, da preživi več časa s pacienti, kar zmanjša fizični stres, na primer robot bo lahko dvignil pacienta, da bi z njim opravil potrebne rutinske operacije.

2.3.2 Priložnosti zdaj in v prihodnosti

Robotika za medicino je izjemno kompleksno področje razvoja zaradi svoje multidisciplinarnosti in potrebe po izpolnjevanju različnih strogih zahtev ter dejstva, da v mnogih primerih medicinski robotski sistemi fizično komunicirajo z ljudmi, ki so lahko tudi v zelo ranljivem stanju. .. Tu so glavne priložnosti, ki obstajajo v segmentih medicine, ki smo jih identificirali.

2.3.2.1 Bolnišnični roboti

To so roboti za kirurgijo, diagnostiko in terapijo. Trg kirurških robotov je velik. Robotske asistenčne zmogljivosti je mogoče uporabiti na skoraj vseh področjih – kardiologiji, vaskularnem, ortopedskem, onkološkem in nevrološkem.

Po drugi strani pa obstaja veliko tehničnih izzivov, povezanih z omejitvami velikosti, okoljskimi omejitvami in majhnim številom tehnologij, ki so na voljo za takojšnjo uporabo v bolnišničnem okolju.

Poleg tehnoloških težav se pojavljajo tudi komercialne. Na primer v zvezi s tem, da si ZDA zaradi obsega intelektualne lastnine prizadevajo ohraniti monopolni položaj na tem trgu. Temu položaju se je mogoče izogniti le z razvojem popolnoma nove strojne, programske in krmilnih konceptov. Poleg tega takšen razvoj zahteva trdno finančno podporo za drage, a potrebne razvoje in sorodno kliničnih preskušanj. Tipična področja, kjer trenutno obstajajo priložnosti:

Minimalno invazivna kirurgija (MIS)

Tu lahko dosežemo uspeh z razvojem sistemov, ki lahko razširijo fleksibilnost gibov instrumentov preko meja anatomije rok kirurga, povečajo učinkovitost ali sisteme dopolnijo s povratnimi informacijami (npr. za presojo sile pritiska) ali dodatnimi. podatke za pomoč pri postopku. Uspešen prodor na trg je lahko odvisen od stroškovne učinkovitosti izdelka, skrajšanega časa uvajanja in zmanjšanega dodatnega usposabljanja, potrebnega za učenje uporabe robotskega sistema. Vsak razvit sistem mora jasno pokazati "dodano vrednost" v kontekstu kirurgije. Klinične pilotne izvedbe in ocene med takim testiranjem v klinikah so bistvenega pomena, da sistem sprejme kirurška skupnost.

V primerjavi z drugimi področji minimalno invazivne kirurgije lahko asistenčni robotski sistemi kirurgu zagotovijo boljši nadzor nad kirurškimi instrumenti, pa tudi boljšo vidljivost med operacijo. Kirurgu med celotno operacijo ni treba več stati, zato se ne utrudi tako hitro kot pri klasičnem pristopu. Programska oprema robota lahko skoraj v celoti izloči tresenje rok, kar je še posebej pomembno za aplikacije v mikrokirurških operacijah, kot je očesna kirurgija. V teoriji je mogoče kirurškega robota uporabljati skoraj 24 ur na dan in tako nadomestiti kirurške ekipe, ki delajo z njim.

Robotika lahko zagotovi hitro okrevanje, zmanjšanje in zmanjšanje poškodb negativen vpliv na pacientovo tkivo, kakor tudi zmanjšanje potrebne doze sevanja. Robotski kirurški instrumenti lahko razbremenijo zdravnikove možgane, skrajšajo krivuljo učenja in izboljšajo ergonomijo delovnega toka za kirurga. S prehodom na uporabo robotskih tehnologij postajajo možne tudi terapije, ki so omejene z mejami človeškega telesa. Na primer nova generacija prilagodljivih robotov in orodij, ki lahko dosežejo globoko ležeče organe v človeškem telesu, zmanjšajo velikost vhodnega reza v človeškem telesu ali se odpovejo naravnim odprtinam v človeškem telesu za izvajanje kirurških posegov.

Dolgoročno lahko uporaba učnih sistemov v kirurgiji zmanjša kompleksnost operacije s povečanjem pretoka koristne informacije ki jih bo kirurg prejel med operacijo. Druge možne koristi vključujejo zmožnost povečanja zmogljivosti paramedicinskih ("reševalnih") ekip pri robotsko podprtih standardnih kliničnih nujnih postopkih v razmere na terenu, kot tudi izvajanje telekirurških operacij na oddaljenih lokacijah, kjer je le ustrezen robot in ni usposobljenega kirurga.

Razlikujemo lahko naslednje možnosti:

Nova združljiva orodja, ki zagotavljajo večjo varnost, hkrati pa ohranjajo popolne zmogljivosti manipulacije, vključno s togimi orodji. Z uporabo novih metod krmiljenja ali posebnih rešitev (ki so na primer lahko vgrajene v instrument ali zunaj njega) je mogoče delovanje instrumentov prilagoditi v realnem času, da se zagotovi združljivost ali stabilnost, ko je bolj pomembno;

Uvedba izboljšanih podpornih tehnologij, ki vodijo in opozarjajo kirurga med operacijo, kar nam omogoča, da govorimo o poenostavitvi reševanja kirurških nalog in zmanjšanju števila zdravniških napak. Ta »podpora usposabljanju« naj bi povečala »kompatibilnost« opreme in kirurga, kar bo zagotovilo intuitivnost in brez dvomov pri uporabi sistema.

Uporaba ustreznih ravni avtonomije robota v kirurška praksa do popolne avtonomije določenih dobro določenih postopkov, npr.: avtonomna obdukcija; odvzem vzorcev krvi (Veebot); biopsija; avtomatizacija dela kirurških posegov (zategovanje vozlov, podpora kamere...). Povečanje avtonomije lahko poveča učinkovitost.

- »Pametne« kirurške instrumente v bistvu pogojno nadzorujejo kirurgi. Ti instrumenti so v neposrednem stiku s tkivom in povečujejo raven kirurgove usposobljenosti. Miniaturizacija in poenostavitev kirurških instrumentov v prihodnosti ter razpoložljivost kirurških posegov znotraj in zunaj "operacijske dvorane" je glavni način za razvoj tovrstnih tehnologij.

izobraževanje: Zagotavljanje fizično natančnih modelov, kar je doseženo z uporabo orodij s taktilno povratno informacijo, zagotavlja potencial za izboljšanje učenja, tako v zgodnjih fazah učenja kot pri doseganju samozavestnih delovnih veščin. Sposobnost simulacije najrazličnejših pogojev in zapletenosti lahko prav tako poveča učinkovitost te vrste učenja. Trenutno ima kakovost taktilne povratne informacije še vedno številne omejitve, zaradi česar je težko dokazati superiornost tovrstnega učenja.

Klinični vzorci: Obstaja veliko aplikacij za avtonomne sisteme vzorčenja, od sistemov za odvzem vzorcev krvi in ​​vzorcev tkiva za biopsijo do manj invazivnih tehnik obdukcije.

2.3.2.2 Robotika za rehabilitacijo in protetiko

Rehabilitacijska robotika pokriva širok spekter različne oblike rehabilitacijo in ga lahko razdelimo na podsegmente. V Evropi je v tem sektorju precej močna industrija in aktivna interakcija z njo bo pospešila tehnološki razvoj.

Sredstva za rehabilitacijo

To so izdelki, ki se lahko uporabljajo po poškodbi ali operaciji za trening in podporo pri okrevanju. Vloga teh orodij je podpirati okrevanje in pospešiti okrevanje, hkrati pa zaščititi in podpreti uporabnika. Takšni sistemi se lahko uporabljajo v bolnišničnem okolju pod nadzorom medicinskega osebja ali pa kot samostojna vadba, pri čemer naprava nadzoruje ali omejuje gibanje, kot je potrebno v posameznem primeru. Takšni sistemi lahko zagotovijo tudi dragocene podatke o procesu okrevanja in spremljajo stanje bolj neposredno kot celo pri opazovanju bolnika v bolnišničnem okolju.

Orodja za funkcionalno zamenjavo

Namen takšnega robotskega sistema je nadomestiti izgubljeno funkcionalnost. To je lahko posledica staranja ali travmatične poškodbe. Takšne naprave se razvijajo za izboljšanje mobilnosti in motoričnih sposobnosti pacienta. Izvajajo se lahko kot proteze, eksoskeleti ali ortopedski pripomočki.

Pri naprednih rehabilitacijskih sistemih je ključnega pomena, da so v proces vključeni obstoječi evropski proizvajalci kot dobro znani udeleženci na trgu, ustrezne klinike in partnerji klinik pa so vključeni v razvojni proces. Evropa je na tem področju trenutno vodilna v svetu.

Nevrološka rehabilitacija

(Mreža COST TD1006, evropska mreža za robotiko za nevrorehabilitacijo, zagotavlja platformo za izmenjavo standardiziranih definicij in razvojnih primerov po vsej Evropi).

Trenutno je v uporabi le malo robotskih naprav za nevrorehabilitacijo, saj še niso bile razširjene. Robotika se uporablja za rehabilitacijo po možganski kapi v postakutni fazi in drugih nevromotoričnih patologijah, kot so Parkinsonova bolezen, multipla skleroza in ataksija. Pozitivne rezultate pri uporabi robotov (nič slabše ali boljše kot pri tradicionalni terapiji) v rehabilitacijske namene začenjajo potrjevati rezultati raziskav. Pred kratkim so pozitivne rezultate potrdile tudi nevroslikarske raziskave. Dokazano je, da je integracija s FES pokazala povečanje pozitivnega rezultata (tako za mišični sistem kot za periferni in centralni motorični sistem). Vaje z biofeedbackom in vmesniki iger se začenjajo obravnavati kot rešitve, ki jih je mogoče implementirati, vendar so takšni sistemi še vedno v zgodnji fazi razvoja.

Da bi razvili delujoče sisteme, je treba rešiti več problemov. Gre za nizkocenovne naprave, dokazane rezultate kliničnih preskušanj, natančno definiran proces ocenjevanja bolnikovega stanja. Sposobnost sistemov, da pravilno prepoznajo namen uporabnika in s tem preprečijo poškodbe, trenutno omejuje učinkovitost takih sistemov. Krmiljenje in mehatronika, integrirana za izpolnjevanje zmogljivosti človeškega telesa, vključno s kognitivno obremenitvijo, sta v zgodnjih fazah razvoja. Preden lahko razvijemo komercialno uspešne sisteme, je treba izboljšati zanesljivost in čas delovanja. Tudi razvojni cilji bi morali biti hitra uvedba in zahteva terapevtov.

Protetika

Pomemben napredek je mogoče doseči na področju izdelave pametnih protez, ki so se sposobne prilagoditi značilnostim gibanja uporabnika in razmeram v okolju. Robotika ima potencial za združevanje izboljšanih zmožnosti samoučenja s povečano prilagodljivostjo in nadzorom, zlasti pri protezah. zgornjih udov in zapestne proteze. Posebna področja raziskav vključujejo sposobnost prilagajanja osebnemu, polavtonomnemu nadzoru, zagotavljanje umetne občutljivosti s povratnimi informacijami, izboljšano preverjanje, izboljšano energijsko učinkovitost, samoobnavljanje moči, izboljšano obdelavo mioelektričnih signalov. Pametne proteze in ortoze, nadzorovane z aktivnostjo pacientovih mišic, bodo omogočile veliki skupini uporabnikov, da izkoristijo prednosti tovrstnih sistemov.

Sistemi za podporo mobilnosti

Bolnikom z zmanjšano telesno zmogljivostjo, začasno ali trajno, lahko koristi večja mobilnost. Robotski sistemi lahko zagotovijo podporo in vaje, potrebne za povečanje mobilnosti. Primeri razvoja takih sistemov že obstajajo, vendar so v zgodnji fazi razvoja.

V prihodnosti je možno, da bodo takšni sistemi lahko celo nadomestili kognitivne motnje, preprečili padce in nesreče. Omejitve takšnih sistemov so povezane z njihovimi stroški, pa tudi z možnostjo dolgotrajnega nošenja takšnih sistemov.

V številnih rehabilitacijskih aplikacijah je mogoče uporabiti naravne vmesnike, kot so mioelektriki, slikanje možganov, pa tudi vmesnike, ki temeljijo na govoru in gestah.

2.3.2.3 Specializirana podpora in pomočni roboti.

Podporo strokovnjakov in pomožne robotike lahko razdelimo na številna področja uporabe.

Sistemi za podporo oskrbi bolnikov: Podporni sistemi, ki jih uporabljajo negovalci, ki komunicirajo s pacienti, ali sistemi, ki jih uporabljajo pacienti. Ti lahko vključujejo robotske sisteme, ki zagotavljajo uporabo zdravil, odvzem vzorcev, izboljšanje higiene ali izboljšanje procesov predelave.

Dviganje in premikanje bolnika : Sistemi za dvigovanje in pozicioniranje pacientov lahko obsegajo vse od natančnega pozicioniranja med operacijo ali obsevanjem do pomoči medicinskim sestram ali negovalcem pri dvigovanju ali postavljanju osebe v posteljo in iz nje ter prevozu pacientov po bolnišnici. Takšne sisteme je mogoče oblikovati tako, da jih je mogoče konfigurirati glede na stanje pacienta in uporabljati tako, da ima pacient določeno stopnjo nadzora nad svojim položajem. Omejitve tukaj so lahko povezane s potrebo po pridobitvi varnostnih potrdil in varnim upravljanjem sil, ki zadostujejo za premikanje bolnikov na način, ki preprečuje morebitne poškodbe bolnikov. Energetsko učinkovite strukture in prostorsko varčna zasnova bodo ključnega pomena za učinkovite izvedbe.

Pri razvoju podpornih robotskih rešitev je pomembno upoštevati nabor osnovnih načel. Razvoj naj se osredotoči na podporo manjkajoče funkcionalnosti, ne pa na ustvarjanje posebnih pogojev. Rešitve morajo biti praktične v smislu uporabe in uporabniku zagotavljati merljive koristi. To lahko vključuje uporabo tehnologije za motiviranje pacientov, da storijo čim več zase in hkrati ohranijo varnost. Uvedba takšnih sistemov ne bo izvedljiva in ne bo povpraševanja, če ne bodo nudili možnosti za zmanjšanje delovne obremenitve osebja, ustvarjanje ekonomskega primera za izvedbo, hkrati pa so zanesljivi in ​​varni za uporabo.

Roboti za biomedicinske laboratorije za medicinske raziskave

Roboti že najdejo pot v biomedicinske laboratorije, kjer sortirajo in manipulirajo z vzorci za raziskovalne namene. Aplikacije za kompleksne robotske sisteme še bolj razširijo možnosti, na primer na področju naprednega celičnega presejanja in manipulacij, povezanih s celično terapijo in selektivnim razvrščanjem celic.

2.3.2.4 Srednjeročne zahteve

Naslednji seznam predstavlja "točke rasti" na področju medicinske robotike

Eksoskeleti spodnjega dela trupa, ki svojo funkcijo prilagajajo vedenju in/ali anatomiji posameznega pacienta ter optimizirajo podporo glede na pogoje uporabnika ali okolja. Sisteme lahko uporabnik prilagodi različnim pogojem in zmogljivosti razne naloge. Uporaba: nevro-rehabilitacija in podpora delavcem.

Roboti, namenjeni avtonomni rehabilitaciji (npr. rehabilitacija v načinu »igra«, rehabilitacija zgornjih okončin po možganski kapi), morajo razumeti potrebe bolnika in njegove reakcije ter jim prilagoditi terapevtski učinek.

Roboti, zasnovani za podporo mobilnosti pacientov in zmogljivosti manipulacije, morajo podpirati naravne vmesnike, da zagotovijo varnost in učinkovitost v skoraj naravnih okoljih.

Rehabilitacijski roboti, zasnovani za integracijo senzorjev in motorjev z zagotavljanjem dvosmerne komunikacije, vključno z večnačinskim vnosom ukazov (mioelektrično + inercialno zaznavanje) in večnačinskimi povratnimi informacijami (elektro-taktilno, vibro-taktilno in/ali vizualno).

Protetične roke, zapestja, dlani, ki se samodejno prilagodijo pacientu, kar mu omogoča individualno kontrolo katerega koli prsta, rotacije palca, karpalne DOF. To mora spremljati uporaba več senzorjev in algoritmov za prepoznavanje vzorcev, da se zagotovi naravni nadzor (nadzor s konstantno silo) na račun možnih DOF. Uporaba: Obnovitev funkcionalnosti rok pri amputirancih.

Proteze in rehabilitacijski roboti, opremljeni s polavtomatskimi krmilnimi sistemi za izboljšanje kakovosti delovanja in/ali zmanjšanje kognitivne obremenitve uporabnika. Sistemi morajo omogočati zaznavanje in interpretacijo okolja do določene ravni, ki omogoča avtonomno odločanje.

Proteze in rehabilitacijski roboti, zmožni uporabe različnih spletnih virov (shranjevanje informacij, obdelava) z uporabo računalništva v oblaku za implementacijo napredne funkcionalnosti, ki bistveno presega zmožnosti "on-board" elektronike in/ali neposrednega uporabniškega nadzora.

Poceni proteze in robotske rešitve, ustvarjene z uporabo aditivnih tehnologij ali masovne proizvodnje (3D tiskanje itd.)

Domača terapija, ki zmanjša nevropatsko ali fantomsko bolečino v zgornjih okončinah z izboljšano interpretacijo mišičnih signalov z uporabo robotskih okončin (manj prožnih od prejšnjih primerov) in/ali "virtualne resničnosti".

Biomimetrična kontrola interakcije s kirurškim robotom.

Ustrezna mehanska aktivacija in senzorske tehnologije za razvoj prilagodljivih miniaturnih robotov s povratno informacijo o sili, kot tudi naprednih in naprednih minimalno invazivnih kirurških instrumentov.

Sistemi okoljskega polnjenja za vsadljive mikrorobote.

Za pridobitev biomimometričnega upravljanja rehabilitacijskih procesov: integracija voljnih "impulzov" med gibanjem subjekta, s podporo FES za izboljšano ponovno učenje motoričnih spretnosti, pri krmiljenju robota.

Razvoj bolnišnično uporabnih metod za ponovno vzpostavitev motorične aktivnosti, ki presega paradigmo običajno uporabljenih statičnih mehanizmov z ročno nastavitvijo.

Na nizkem TRL

Avtomatizirano kognitivno razumevanje potrebnih nalog v operacijskem okolju. Nemoteno fizično povezovanje človek-robot za pogoje "normalnega" okolja na podlagi dodatnega nadzornega vmesnika. Popolna prilagodljivost pacientu brez prilagajanja. Zanesljivost odkrivanja namer.

• >>
• Zadnji

Medicinski roboti danes in jutri

Medicina je bila vedno težka, danes o njej govorijo kot o enem najtežjih področij, ki jih je človeštvo obvladalo. Kljub temu znajo medicinski roboti postavljati natančne diagnoze in izvajati zdravljenje, kmalu pa bodo obvladali tudi druga medicinska področja.

Rodimo se, živimo in na koncu umremo. To je resnica. Kakovost našega življenja pa je pogosto povezana z našim zdravjem. Na splošno velja, da bolj ko smo zdravi, več lahko dosežemo – torej smo srečnejši.

Zato je bilo zdravje vedno problem. Dandanes je medicina v primerjavi s časom Hipokrata Kosa zelo napredovala. Zdaj lahko ljudje izvajajo zelo zapletene operacije, izumljajo zdravila za različne bolezni itd. Postavlja se vprašanje: ali gre medicina dlje in kako?

Odgovor na prvi del vprašanja je "zagotovo". Vendar se lahko odgovori na drugi del razlikujejo. Obstaja veliko pomembnih področij, ki bi lahko spremenila tok zdravstvene zgodovine, kot so izvorne celice. Prepričan pa sem, da bo področje robotike in z robotiko sorodna področja, kot sta medicinska bionika in biomehatronika, v bližnji prihodnosti igrala veliko vlogo v medicini.

Pravzaprav se trenutno na teh področjih dogaja marsikaj zanimivega. Zato bom v tem delu svojega spletnega mesta poskušal osvetliti vprašanja o medicinskih robotih in področjih, povezanih z robotiko v medicini, zdaj in v prihodnosti.

Delovanje s pomočjo robota

Medicinski roboti, ki lahko izvajajo operacije, se slišijo čudovito, kajne? Vse do danes obstoječe kirurške robote so pravzaprav premeteno izdelali manipulatorji, ki jih nadzorujejo pristojni zdravniki. Obstaja nekaj težav s stopnjo umetne inteligence, ki je potrebna za to samostojno delo, vendar bo to morda nekoč doseženo.

Trenutno obstajata dve področji, na katerih se razvijajo in testirajo kirurški roboti. Eden od njih je telerobot, ki zdravniku omogoča operacijo na daljavo. Drugo področje je minimalno invazivna kirurgija - poseg se izvaja brez velikih rezov.

Robotski kirurški sistem da Vinci je eden najboljših primerov uporabe robotike v kirurške namene. Več kot tisoč enot je v uporabi po vsem svetu. Izvedite več o robotski kirurgiji na splošno.

Roboti so novo bolnišnično osebje

Bolnišnice so nekoliko podobne tovarnam. Veliko je vsakdanjih opravil. Na primer - prenašanje stvari, premikanje vzorcev iz ene naprave v drugo, čiščenje. Obstajajo tudi naloge, ki zahtevajo nekaj moči. Na primer dvigovanje in premikanje bolnikov.

Verjamem, da razumete, da medicinski roboti lahko opravijo veliko nalog. Na tem področju je bilo nekaj napredka - obstajajo roboti, zasnovani za laboratorijsko uporabo, obstajajo AGV (avtomatizirano vodeno vozilo), zasnovani za uporabo v bolnišnicah.

Kolikor vem, jih je večina v fazi testiranja. Vendar pa je to vsekakor izvedljiva naloga.

Terapevtski roboti

Medicinski roboti, ki se uporabljajo v terapiji. Ideja za tem je precej podobna terapiji z živalmi, le da so roboti bolj predvidljivi. Izvedite več o terapevtskih robotih.

Biološka protetika

To je področje, povezano z robotiko. Rezultata ni mogoče šteti za robota, vendar so discipline, ki jih vključuje, precej podobne - AI, elektronika, mehanika in drugo.

Velike sanje so, da bodo nekega dne bionične roke in bionične noge tako dobre in funkcionalne (ali celo boljše) od naših naravnih udov. Nedavni razvoj na tem področju je precej osupljiv. Na tem področju deluje več podjetij - Ossur, Otto Bock in Touch Bionics so nekatera izmed tistih, ki jih poznam.

Uporaba in uporaba robotov v medicini v prihodnosti

Morda bo to mogoče v prihodnosti. Ideja je razviti naprave, majhne kot nekaj nanometrov, od tod tudi ime nanoroboti. Te majhne naprave je nato mogoče uporabiti na različne načine. Na primer, da namestimo zlomljeno kost ali damo zdravilo Pravo mesto ali za ubijanje rakavih celic.

Možnosti so omejene le z domišljijo. Do zdaj so nanoroboti v fazi raziskav in razvoja, tako da je to pravzaprav fantazija.

Druga polovica 20. stoletja je bila čas intenzivnega razvoja na vseh področjih znanosti, tehnike, elektronike in robotike. Medicina je postala eden glavnih vektorjev za uvedbo robotov in umetne inteligence. Glavni cilj razvoja medicinske robotike je visoka natančnost in kakovost storitev, povečanje učinkovitosti zdravljenja in zmanjšanje tveganja škode za zdravje ljudi. Zato si bomo v tem članku ogledali nove metode zdravljenja ter uporabo robotov in avtomatiziranih sistemov na različnih področjih medicine.

Sredi 70-ih se je v bolnišnici v Fairfaxu v ZDA v Virginiji pojavil prvi medicinski mobilni robot ASM, ki je prevažal posode s pladnji za hranjenje bolnikov. Leta 1985 je svet prvič ugledal robotski kirurški sistem PUMA 650, zasnovan posebej za nevrokirurgijo. Malo kasneje so kirurgi prejeli nov manipulator PROBOT, leta 1992 pa se je pojavil sistem RoboDoc, ki se je v ortopediji uporabljal za sklepno protetiko. Leto pozneje je Computer Motion Inc. predstavil avtomatsko roko Aesop za držanje in prestavljanje video kamere med laparoskopskimi posegi. In leta 1998 je isti proizvajalec ustvaril naprednejši sistem ZEUS. Oba sistema nista bila popolnoma avtonomna, njuna naloga je bila pomoč zdravnikom med operacijo. V poznih 90-ih je razvijalsko podjetje Intuitive Surgical Inc ustvarilo univerzalni daljinsko voden robotski kirurški sistem - Da Vinci, ki se vsako leto izboljšuje in se še vedno izvaja v številnih medicinskih centrih po svetu.

Razvrstitev medicinskih robotov:

Trenutno imajo roboti veliko vlogo pri razvoju sodobne medicine. Prispevajo natančno delo med operacijami pomagajo pri diagnosticiranju in postavitvi pravilne diagnoze. Nadomeščajo manjkajoče okončine in organe, obnavljajo in izboljšujejo telesne zmogljivosti osebe, skrajšajo čas hospitalizacije, zagotavljajo udobje, odzivnost in udobje ter prihranijo finančne stroške vzdrževanja.

Obstaja več vrst medicinskih robotov, ki se razlikujejo po svoji funkcionalnosti in zasnovi ter obsegu uporabe za različna področja medicine:

Robotski kirurgi in robotski kirurški sistemi- uporablja se za kompleksne kirurške operacije. Niso avtonomne naprave, temveč daljinsko voden instrument, ki zdravniku zagotavlja natančnost, večjo spretnost in vodljivost, dodatno mehansko trdnost, zmanjšuje utrujenost kirurga in zmanjšuje tveganje za hepatitis, HIV in druge bolezni za kirurško ekipo.

Roboti za simulacijo bolnikov- namenjen razvoju sposobnosti odločanja in praktičnih medicinskih posegov pri zdravljenju patologij. Takšne naprave v celoti reproducirajo človeško fiziologijo, simulirajo klinične scenarije, se odzivajo na dajanje zdravil, analizirajo dejanja vadečih in se ustrezno odzivajo na klinične dražljaje.

Eksoskeleti in robotske proteze- eksoskeleti povečajo fizično moč in pomagajo pri procesu okrevanja mišično-skeletnega sistema. Robotske proteze – vsadki, ki nadomeščajo manjkajoče okončine, so sestavljeni iz mehanskih in električnih elementov, mikrokontrolerjev z umetno inteligenco, prav tako pa jih je mogoče upravljati iz človeških živčnih končičev.

Roboti za zdravstvene ustanove in roboti pomočniki- so alternativa bolničarjem, medicinskim sestram in bolničarjem, bolničarjem, varuškam in drugemu zdravstvenemu osebju, sposobni so negovati in skrbeti za pacienta, pomagati pri rehabilitaciji, zagotavljati stalno komunikacijo z lečečim zdravnikom ter prevoz pacienta.

Nanoboti- mikroroboti, ki delujejo v človeškem telesu na molekularni ravni. Zasnovan za diagnozo in zdravljenje rak, raziskave krvne žile in popravilo poškodovanih celic, lahko analizirajo strukturo DNK, izvedejo njeno korekcijo, uničijo bakterije in viruse itd.

Drugi specializirani medicinski roboti- obstaja ogromno število robotov, ki pomagajo pri določenem procesu zdravljenja človeka. Na primer naprave, ki so sposobne avtomatsko premikati, razkuževati in kvarcirati bolniške sobe, meriti pulz, jemati kri za analizo, proizvajati in razdeljevati zdravila itd.

Oglejmo si podrobneje vsako vrsto robotov z uporabo primerov sodobnih avtomatiziranih naprav, razvitih in uporabljenih na številnih področjih medicine.

Robotski kirurgi in robotski kirurški sistemi:

Najbolj znan robotski kirurg na svetu je Da Vinci. Naprava, ki jo proizvaja Intuitive Surgical, tehta pol tone in je sestavljena iz dveh blokov, eden je krmilna enota, namenjena operaterju, drugi pa štirikraki stroj, ki deluje kot kirurg. Manipulator za umetno zapestje ima sedem prostostnih stopenj, podobnih človeški roki, in sistem za 3D slikanje, ki prikazuje tridimenzionalno sliko na monitorju. Ta zasnova poveča natančnost gibov kirurga, odpravi tresenje rok, nerodne gibe, zmanjša dolžino rezov in izgubo krvi med operacijo.

Robot kirurg Da Vinci

S pomočjo robota je mogoče izvesti ogromno različnih operacij, kot je na primer restavriranje mitralna zaklopka, revaskularizacija miokarda, ablacija srčnih tkiv, namestitev epikardialnega srčnega spodbujevalnika za biventrikularno resinhronizacijo, operacija ščitnice, želodčni obvod, fundoplikacija po Nissenu, histerektomija in miomektomija, operacija hrbtenice, zamenjava diska, timektomija - operacija odstranitve timusa, lobektomija pljuč, operacije v urologiji, ezofagektomija, resekcija mediastinalnega tumorja, radikalna prostatektomija, pieloplastika, odstranitev mehurja, ligacija in ločevanje jajcevodov, radikalna nefrektomija in resekcija ledvice, reimplantacija sečevoda in drugo.

Trenutno se je razvil boj za trg medicinskih robotov in avtomatiziranih kirurških sistemov. Znanstveniki in podjetja, ki se ukvarjajo z medicinskimi pripomočki, nestrpno predstavljajo svoje naprave, zato je vsako leto več robotskih naprav.

Da Vincijevi konkurenti so novi kirurški robot MiroSurge, zasnovan za srčno kirurgijo, robotska roka podjetja UPM za natančno vstavljanje igel, katetrov in drugih kirurških instrumentov pri minimalno invazivnih kirurških posegih, kirurška platforma IGAR podjetja CSII, robotski sistem Sensei X kateter proizvajalca Hansen Medical Inc kompleksne operacije na srcu, sistem za presaditev las ARTAS podjetja Restoration Robotics, kirurški sistem Mazor Renaissance, ki pomaga izvajati operacije na hrbtenici in možganih, robot kirurg znanstvenikov SSSA Biorobotics Institute in robot asistent za sledenje kirurškim instrumentom podjetja GE. Globalne raziskave v razvoju in mnogi drugi. Robotski kirurški sistemi služijo kot pomočniki ali asistenti zdravnikov in niso povsem avtonomne naprave.

Robot kirurg MiroSurge

Robot kirurg iz UPM

Robot kirurg IGAR

Robotski kateter Sensei X

Robotski sistem za presaditev las ARTAS

Robot kirurg Mazor Renaissance

Robot kirurg iz SSSA Biorobotics Institute

Robot za sledenje kirurškim instrumentom podjetja GE Global Research

Roboti za simulator pacientov:

Za razvoj praktičnih veščin bodočih zdravnikov obstajajo posebne robotske lutke, ki reproducirajo funkcionalne značilnosti kardiovaskularnega, dihalnega, izločevalnega sistema in se tudi neprostovoljno odzivajo na razne dejavnostištudenti, na primer pri uvajanju farmakološki pripravki. Najbolj priljubljen robotski simulator pacienta je HPS (Human Patient Simulator) ameriškega podjetja METI. Nanj lahko priključite obposteljni monitor in spremljate krvni tlak, srčni utrip, EKG in telesno temperaturo. Naprava je sposobna porabljati kisik in sproščati ogljikov dioksid, tako kot pravo dihanje. Dušikov oksid se lahko med načinom anestezije absorbira ali sprosti. Ta funkcija omogoča usposabljanje za umetno prezračevanje pljuč. Zenice v očeh robota se lahko odzovejo na svetlobo, gibljive veke pa se zaprejo ali odprejo, odvisno od tega, ali je bolnik pri zavesti. Na karotidnih, brahialnih, femoralnih, radialnih poplitealnih arterijah se čuti utrip, ki se samodejno spreminja in je odvisen od krvnega tlaka.

HPS simulator ima 30 profilov bolnikov z različnimi fiziološkimi podatki, ki simulirajo zdravega moškega, nosečnico, starostnika ipd. Med usposabljanjem se oblikuje določen klinični scenarij, ki opisuje prizorišče in bolnikovo stanje, cilje, potrebno opremo in zdravila. Robot ima farmakološko knjižnico 50 zdravil, vključno s plinastimi anestetiki in intravenskimi zdravili. Preskusno lutko krmili brezžični računalnik, kar inštruktorju omogoča nadzor nad vsemi vidiki vadbenega procesa tik ob učencu.

Omeniti velja veliko priljubljenost simulatorjev poroda, kot je GD/F55. Zasnovan je za usposabljanje medicinskega osebja na oddelkih za porodništvo in ginekologijo, omogoča vam razvoj praktičnih spretnosti in spretnosti v ginekologiji, porodništvu, neontologiji, pediatriji, intenzivni negi in zdravstveni negi v porodnišnici. Robot Simroid posnema pacienta na zobozdravniškem stolu, njegova ustna votlina natančno ponavlja človeško. Naprava je sposobna simulirati zvoke in stokanje, ki jih oseba ustvari, če jo boli. Obstajajo robotski simulatorji za poučevanje manipulativnih tehnik. To je pravzaprav model človeka s simulatorji žil in žil iz elastičnih cevi. Na takem aparatu učenci urijo veščine venesekcij, kateterizacije, venepunkcije.

Eksoskeleti in robotske proteze:

Eden najbolj znanih medicinskih pripomočkov je robotska obleka – eksoskelet. Ljudem s telesno okvaro pomaga pri premikanju telesa. V trenutku, ko oseba poskuša premakniti roke ali noge, posebni senzorji na koži preberejo majhne spremembe v električnih signalih telesa, s čimer mehanske elemente eksoskeleta spravijo v delovno stanje. Nekatere izmed priljubljenih naprav so Walking Assist Device (pomožna naprava za hojo) japonskega podjetja Honda, rehabilitacijski eksoskelet HAL podjetja Cyberdyne, ki se pogosto uporablja v japonskih bolnišnicah, aparat Parker Hannifin univerze Vanderbilt (Univerza Vanderbilt), ki omogoča premikanje kolčnih in kolenskih sklepov, zmogljiv eksoskelet NASA X1, namenjen astronavtom in paraliziranim ljudem, eksoskelet Kickstart podjetja Cadence Biomedical, ki ne deluje na baterije, ampak uporablja kinetično energijo, ki jo človek ustvari pri hoji, eLEGS, Esko Rex, HULC eksoskeleti proizvajalca Ekso Bionics, ReWalk iz ARGO, Mindwalker iz Space Applications Services, pomoč paraliziranim osebam, pa tudi edinstven možgansko-strojni vmesnik (BMI) ali samo eksoskelet za možgane MAHI-EXO II obnoviti motorične funkcije z branjem možganskih valov.

Široka uporaba eksoskeletov pomaga mnogim ljudem po vsem svetu, da se počutijo popolne. Tudi popolnoma paralizirani ljudje že danes hodijo. Osupljiv primer so robotske noge fizika Amita Gofferja, ki se upravljajo s posebnimi berglami in lahko samodejno določijo, kdaj narediti korak, prepoznajo govorne signale "naprej", "sedi", "stoj".

Eksoskelet za pomoč pri hoji

Eksoskelet HAL iz Cyberdyne

Eksoskelet Parker Hannifin

Eksoskelet NASA X1

Exoskeleton Kickstart iz Cadence Biomedical

Eksoskelet HULC podjetja Ekso Bionics

Exoskeleton ReWalk iz ARGO

Exoskeleton Mindwalker iz Space Applications Services

Eksoskelet možganov MAHI-EXO II

Eksoskelet Amita Gofferja

Toda kaj storiti, ko okončine manjkajo? To velja predvsem za vojne veterane, pa tudi za žrtve naključnih okoliščin. V zvezi s tem podjetja, kot je Quantum International Corp (QUAN) in njihove eksoproteze ter Agencija za napredne obrambne raziskovalne projekte (DARPA), skupaj z Ministrstvom za pomoč veteranom, Rehabilitacijskim centrom in Službo ZDA za razvoj, veliko vlagajo v raziskave in razvoj robotskih protez (bioničnih rok ali nog), ki imajo umetno inteligenco, sposobno čutiti okolju in prepoznati namen uporabnika. Te naprave natančno posnemajo vedenje naravnih okončin, prav tako pa jih nadzorujejo lastni možgani (mikroelektrode, vsajene v možgane, ali senzorji berejo nevrosignale in jih kot električne signale prenašajo v mikrokontroler). Lastnik najbolj priljubljene bionične roke, vredne 15.000 dolarjev, je Britanec Nigel Ackland, ki potuje po svetu in promovira uporabo umetnih robotskih protez.

Eden od pomembnih znanstvenih dosežkov so bili umetni robotski gležnji iWalk BiOM, ki so jih razvili profesor MIT Hugh Herr in njegova skupina za biomehatroniko v MIT Media Lab. iWalk prejema sredstva Ministrstva za veterane in Ministrstva za obrambo ZDA, zato je veliko invalidnih veteranov, ki so služili v Iraku in Afganistanu, že prejelo bionične gležnje.

Robotski gležnji iWalk BiOM

Znanstveniki z vsega sveta si prizadevajo ne le izboljšati funkcionalne lastnosti robotskih protez, temveč jim dati realističen videz. Ameriški raziskovalci, ki jih vodi Zhenan Bao z univerze Stanford v Kaliforniji, so ustvarili nanokožo za medicinske protetične pripomočke. Ta polimerni material ima visoko fleksibilnost, trdnost, električno prevodnost in občutljivost na pritisk (odčitavanje signalov kot plošče na dotik).

Nanoskin z univerze Stanford

Roboti za zdravstvene ustanove in roboti asistenti:

Bolnišnica prihodnosti je bolnišnica z minimalnim kadrom. Vsak dan se v zdravstvene ustanove vse pogosteje uvajajo robotske medicinske sestre, robotske medicinske sestre in teleprisotnostni roboti za stik z lečečim zdravnikom. Na primer, Panasonicovi roboti za medicinske sestre, Toyotin Human Support Robot (HSR) pomočniški roboti, InTouch Health irski robot za medicinske sestre RP7, korejski robot KIRO-M5 in številni drugi že dolgo delajo na Japonskem. Takšne naprave so platforma na kolesih in lahko merijo srčni utrip, temperaturo, nadzorujejo čas prehranjevanja in jemanja zdravil, pravočasno obveščajo o težavnih situacijah in potrebnih ukrepih, vzdržujejo stik z živim medicinskim osebjem, zbirajo raztresene ali padle stvari. itd.

Robotski redarji iz Panasonica

Toyota HSR pomočnik robot

Robot medicinska sestra RP7 iz InTouch Health

Robot medicinske sestre KIRO-M5

Pogosto v pogojih stalne zdravstvene oskrbe zdravniki fizično ne morejo posvetiti dovolj pozornosti bolnikom, še posebej, če so na veliki razdalji drug od drugega. Razvijalci robotske medicinske opreme so poskusili in ustvarili robote za teleprisotnost (na primer LifeBot 5 ali RP-VITA od iRobot in InTouch Health). Avtomatizirani sistemi omogočajo prenos avdio in video signalov preko 4G, 3G, LTE, WiMAX, Wi-Fi, satelitskih ali radijskih komunikacij, merjenje pacientovega srčnega utripa, krvnega tlaka in telesne temperature. Nekatere naprave lahko izvajajo elektrokardiografijo in ultrazvok, imajo elektronski stetoskop in otoskop, premikajo se po bolnišničnih hodnikih in oddelkih ter se izogibajo oviram. Ti medicinski pomočniki zagotavljajo pravočasno oskrbo in obdelujejo klinične podatke v realnem času.

Robot teleprisotnosti LifeBot 5

Robot za teleprisotnost RP-VITA

Za varen transport vzorcev, zdravil, opreme in potrebščin v bolnišnicah, laboratorijih in lekarnah se zelo uspešno uporabljajo kurirski roboti. Pomočniki imajo sodoben navigacijski sistem in vgrajene senzorje, ki olajšajo premikanje po prostorih s kompleksno razporeditvijo. Vidni predstavniki tovrstnih naprav so ameriški RoboCouriers iz Adept Technology in Aethon iz University of Maryland Medical Center, japonski Hospi-R iz Panasonica in Terapio iz Adtexa.

Robotski kurir RoboCouriers podjetja Adept Technology

Robot kurir Aethon

Robot kurir Hospi-R iz Panasonica

Robot kurir Terapio iz Adtexa

Ločena smer razvoja robotske medicinske opreme je ustvarjanje transformatorskih invalidskih vozičkov, avtomatiziranih postelj in posebnih vozil za invalide. Spomnimo se razvoja, kot je stol z gumijastimi gosenicami Unimo iz japonskega podjetja Nano-Optonics (Chiba Institute of Technology) pod vodstvom izrednega profesorja Shuro Nakajima (Shuro Nakajima), ki uporablja kolesne noge za premagovanje stopnic ali jarkov, Tek Robotic Mobilization Naprava robotski invalidski voziček podjetja Action Trackchair. Panasonic je pripravljen rešiti problem premeščanja pacienta s stola na posteljo, ki zahteva velik fizični napor medicinskega osebja. Ta naprava se po potrebi samodejno spremeni iz postelje v stol in obratno. Murata Manufacturing Co se je povezala s podjetjem Kowa pri izdelavi inovativnega medicinskega vozila, električnega avtomobila za pomoč pri hoji, avtonomnega kolesa s sistemom za upravljanje z nihalom in žiroskopom. Ta razvoj je namenjen predvsem starejšim in ljudem, ki imajo težave s hojo. Ločeno omenimo serijo japonskih robotov RoboHelper podjetja Muscle Actuator Motor Company, ki so nepogrešljivi pomočniki medicinskih sester pri negi ležeči bolniki. Naprave so sposobne dvigniti osebo iz postelje v sedeč položaj ali pobrati telesne odpadke ležeče osebe, brez uporabe loncev in rac.

Nanoboti:

Nanoroboti ali nanoboti so roboti velikosti molekule (manj kot 10 nm), sposobni premikanja, branja in procesiranja informacij ter programiranja in opravljanja določenih nalog. To je popolnoma nova smer razvoja robotike. Področja uporabe tovrstnih naprav: zgodnje odkrivanje raka in ciljna dostava zdravil rakave celice, biomedicinska orodja, kirurgija, farmakokinetika, spremljanje sladkornih bolnikov, izdelava naprave iz posameznih molekul po njenih risbah s pomočjo molekularnega sestavljanja z nanoroboti, vojaška uporaba kot sredstvo nadzora in vohunjenja ter orožje, vesoljske raziskave in razvoj itd.

Trenutno je znan razvoj medicinskih mikroskopskih robotov za odkrivanje in zdravljenje raka južnokorejskih znanstvenikov, bioroboti znanstvenikov z Univerze v Illinoisu, ki se lahko sami premikajo v viskoznih tekočinah in bioloških medijih, prototip morja lamprey je nanorobot Cyberplasma, ki se bo gibal v človeškem telesu in odkrival bolezni v zgodnji fazi, nanoroboti inženirja Ada Puna, ki lahko potujejo skozi krvožilni sistem, dostavljajo zdravila, opravljajo teste in odstranjujejo krvne strdke, magnetni nanorobot Spermbot – razvoj znanstvenika Oliverja Schmidta in njegovih kolegov z Inštituta za integrativne nanoznanosti v Dresdnu (Nemčija) za dostavo sperme in zdravil, nanobotov za nadomestitev beljakovin v telesu znanstvenikov z Univerze na Dunaju (University of Vienna) skupaj z raziskovalci z Univerze of Natural Resources and Life Sciences Vienna (Univerza za naravne vire in življenjske vede na Dunaju).

Mikroroboti kiberplazme

Nanoboti Ado Puna

Magnetni nanorobot Spermbot

Nanoboti za nadomeščanje beljakovin

Drugi specializirani medicinski roboti:

Obstaja ogromno specializiranih robotov, ki opravljajo posamezna opravila, brez katerih si ni mogoče predstavljati učinkovitega in kakovostnega zdravljenja. Nekatere od teh naprav so robotski kvarčni aparat Xenex in dezinfekcijski robot TRU-D SmartUVC podjetja Philips Healthcare. Nedvomno so takšne naprave preprosto nenadomestljivi pomočniki v boju proti bolnišnične okužbe in virusi, ki predstavljajo enega najresnejših problemov v zdravstvenih ustanovah.

Robotski kvarčni aparat Xenex

Philips Healthcare TRU-D SmartUVC dezinfekcijski robot

Odvzem krvi je najpogostejši medicinski postopek. Kakovost postopka je odvisna od usposobljenosti in fizičnega stanja zdravstvenega delavca. Pogosto se prvi poskus odvzema krvi konča neuspešno. Zato je bil za rešitev te težave razvit robot Veebot, ki ima računalniški vid, s katerim določi lokacijo vene in tja nežno vodi iglo.

Robot za zbiranje krvi Veebot

Bruhajoči robot Larry preiskuje noroviruse, ki povzročajo 21 milijonov bolezni, vključno s simptomi slabosti, vodene driske, bolečin v trebuhu, izgube okusa, splošne letargije, šibkosti, bolečin v mišicah, glavobola, kašlja, subfebrilna temperatura, in seveda močno bruhanje.

Robot za preučevanje procesa bruhanja Vomiting Larry

Najbolj priljubljen robot za otroke ostaja PARO - puhasta otroška igrača v obliki grenlandskega tjulnja. Terapevtski robot lahko premika glavo in tačke, prepozna glas, intonacijo, dotik, meri temperaturo in svetlobo v prostoru. Njegov tekmec je HugBot, ogromen robot plišastega medvedka, ki meri srčni utrip in krvni tlak.

PARO terapevtski robot

Medved Robot HugBot

Posebna veja medicine, ki se ukvarja z diagnostiko, zdravljenjem bolezni, poškodb in motenj živali, je veterina. Za usposabljanje usposobljenih strokovnjakov na tem področju Veterinarska šola za razvoj robotskih hišnih ljubljenčkov ustvarja edinstvene robote za šolanje v obliki psov in mačk. Za približanje natančnega vedenja živali se programska oprema razvija ločeno v Centru za napredne računalniške sisteme na Univerzi Cornell (CAC).

Roboti trenerji v obliki psov in mačk

Učinkovitost robotov v medicini:

Očitno ima uporaba robotov v medicini številne prednosti pred tradicionalnim zdravljenjem s človeškim faktorjem. Uporaba mehanskih rok v kirurgiji prepreči številne zaplete in napake med operacijami, skrajša pooperativno obdobje okrevanja, zmanjša tveganje za okužbo in okužbo pacienta in osebja, izključuje veliko izgubo krvi, zmanjša bolečino, prispeva k boljšemu kozmetičnemu učinku (majhne brazgotine in brazgotine). Robotski medicinski pomočniki in rehabilitacijski roboti omogočajo pozorno spremljanje pacienta med zdravljenjem, nadzor nad procesom okrevanja, omejujejo živo osebje od napornega in neprijetnega dela ter omogočajo pacientu, da se počuti kot polnopravna oseba. Inovativni tretmaji in oprema nas vsak dan približujejo bolj zdravemu, varnejšemu in daljšemu življenju.

Vsako leto se svetovni trg medicinskih robotov napolni z novimi napravami in nedvomno raste. Po podatkih Research and Markets bo samo trg rehabilitacijskih robotov, bioprotez in eksoskeletov do leta 2020 zrasel na 1,8 milijarde USD. Glavni razcvet medicinskih robotov pričakujemo po sprejetju enotnega standarda ISO 13482, ki bo postal skupek pravil za strukturne elemente, materiale in programsko opremo, ki se uporablja v napravah.

Zaključek:

Brez dvoma lahko rečemo, da so medicinski roboti prihodnost medicine. Uporaba avtomatiziranih sistemov bistveno zmanjša zdravniške napake in zmanjša pomanjkanje zdravstvenega osebja. Nanorobotika pomaga premagovati hude bolezni in preprečevati zaplete v zgodnji fazi ter široko uporabljati učinkovita nanozdravila. V naslednjih 10-15 letih bo medicina z uporabo robotskih storitev dosegla novo raven. Na žalost je Ukrajina glede te veje razvoja v obžalovanja vrednem stanju. Na primer, v Rusiji v Jekaterinburgu je slavni robotski kirurg "Da Vinci" leta 2007 izvedel svojo prvo operacijo. Leta 2012 je predsednik Dmitrij Anatoljevič Medvedjev ruskemu ministrstvu za zdravje naročil, naj skupaj z ministrstvom za industrijo in trgovino obravnavata vprašanje razvoja novih medicinskih tehnologij z uporabo robotike. To pobudo je podprla Ruska akademija znanosti. Dejstvo je, da v odsotnosti prave podpore ukrajinskih oblasti pri razvoju področja medicinske robotike naša država vsako leto zaostaja za drugimi civiliziranimi državami. Iz tega sledi kazalnik stopnje razvoja države kot celote, saj je skrb za zdravje in življenje državljana, omenjena v glavnem zakonu - ustavi Ukrajine, "najvišja družbena vrednota."

LLC "OLME" Sankt Peterburg., dr. Vagin A.A.

Razvoj robotike v restorativni medicini, rehabilitacija imobiliziranih pacientov - težave in rešitve.

Konkurenca danes ni odvisna od posedovanja velikih virov ali proizvodnega potenciala, temveč od količine znanja, ki so ga nabrale prejšnje generacije, sposobnosti njegovega strukturiranja, upravljanja in osebne uporabe.
Ena od pomembnih nalog Svetovne zdravstvene organizacije (WHO) je uvedba obetavnih IIT z metodami in orodji AI za skupno informacijsko interakcijo in uporabo v klinični medicini.

Sodoben koncept inteligentnega informacijski sistemi vključuje kombinacijo elektronskih pacientovih kartotek (elektronski karton pacientov) z arhivi medicinskih slik, spremljanje podatkov z medicinske naprave, rezultati dela sponzoriranih laboratorijev in sistemov za sledenje, razpoložljivost sodobnih sredstev za izmenjavo informacij (elektronska intrahospitalna pošta, internet, videokonference itd.).

Trenutno se aktivno oblikuje in intenzivno razvija obetavna preventivna smer v obliki restavrativne medicine, ki se je razvila na podlagi načel sanologije in valeologije. Visoka obolevnost in umrljivost, stalno zmanjševanje kakovosti življenja, negativna rast prebivalstva so prispevali k razvoju in izvajanju neodvisne preventivne usmeritve v praktični medicini.

Vendar sedanji ekonomski, socialni, pravni, zdravstvene ustanove opravljajo funkcije predvsem pri zdravljenju in rehabilitaciji invalidov, vprašanja preventive in rehabilitacijske obravnave bolezni niso dovolj obravnavana. Gospodarske in socialne razmere v naši državi prispevajo k pojavu občutka strahu in napetosti ob poškodbi ali bolezni pri človeku, so vir psihosocialnih težav.

Potreba po aktivnem ohranjanju zdravja v pogojih infrastrukture zdravstvenih organizacij je določena z željo, da bi medicino pripeljali na novo stopnjo razvoja. Njena nadaljnja reforma pa je otežena ne le zaradi nezadostnega financiranja te panoge, temveč tudi zaradi jasnih enotnih standardov in metod za načrtovanje, oblikovanje cen, obračunavanje zdravstvenih storitev ter porazdelitve odgovornosti med izvršilno oblastjo in njenimi subjekti za izvajanje. določenega obsega zdravstvene oskrbe.

V zadnjem desetletju je bil dosežen pomemben napredek v medicinski robotiki. Danes je več tisoč operacij prostate opravljenih z uporabo medicinskih robotov z najmanjšo možno travmo za bolnike. Medicinski roboti omogočajo minimalno invazivnost kirurških posegov, hitrejše okrevanje bolnikov ter minimalno tveganje za okužbe in stranske učinke. Čeprav je število medicinskih posegov, ki jih izvajajo roboti, še razmeroma majhno, bo naslednja generacija robotike lahko kirurgom zagotovila več možnosti za vizualizacijo kirurškega polja, povratne informacije s kirurškega instrumenta in bo imela velik vpliv na napredek v operacija.

S staranjem prebivalstva še naprej narašča število ljudi, ki trpijo zaradi bolezni srca in ožilja, možganske kapi in drugih bolezni. Po srčnem infarktu, možganski kapi, poškodbi hrbtenice je zelo pomembno, da se bolnik, kolikor je le mogoče, redno giblje.

Na žalost je bolnik običajno prisiljen v fizikalno terapijo zdravstveni zavod, kar je pogosto nemogoče. Naslednja generacija medicinskih robotov bo bolnikom pomagala izvajati vsaj del potrebnih telesnih vaj doma.
Robotika se začenja uporabljati tudi v zdravstvu za zgodnjo diagnozo avtizma,
urjenje spomina pri osebah z duševnimi motnjami.

Razvoj robotike v drugih državah.

Evropska komisija je nedavno začela 600 milijonov evrov vreden program robotike za krepitev proizvodne in storitvene industrije. Koreja namerava v desetih letih vložiti milijardo ameriških dolarjev v razvoj robotike. Podobni, vendar manjši programi obstajajo v Avstraliji, Singapurju in na Kitajskem. V ZDA se financiranje raziskav in razvoja na področju robotike izvaja predvsem v obrambni industriji, predvsem za sisteme brez posadke. Obstajajo pa tudi programi za razvoj robotike na področju zdravstva in storitev. Kljub temu, da se je robotska industrija rodila v ZDA, svetovno vodstvo na tem področju zdaj pripada Japonski in Evropi. In ni zelo jasno, kako bodo ZDA lahko dolgo časa obdržale svoj vodilni položaj brez nacionalne zavezanosti k razvoju in implementaciji robotske tehnologije.

Obstoječe strukturne enote izvajajo stopnje rehabilitacijskih ukrepov po načelu: bolnišnica - bolnišnično zdravljenje - klinika. Na prvi stopnji bolnišnične oskrbe se odpravijo in preprečijo zapleti akutne bolezni, stabilizira proces, izvaja se fizična in duševna prilagoditev.

Stopnja zdravilišča (II) je vmesna povezava med bolnišnico in polikliniko, kjer se z relativno stabilizacijo kliničnih in laboratorijskih parametrov izvaja medicinska rehabilitacija bolnikov, ki temelji na uporabi zdravilnih naravnih dejavnikov. Stopnja III je poliklinika, katere glavni namen na sodobni ravni ambulantne oskrbe je ugotoviti kompenzacijske sposobnosti telesa, njihov razvoj v razumnih mejah, pa tudi izvajanje niza ukrepov za boj proti dejavnikom tveganja za sočasni zapleti in poslabšanje bolezni. Vendar ta sistem pomoči v praksi ni vedno izvedljiv.

Glavna težava so znatni ekonomski in finančni stroški hospitalizacije bolnikov, zlasti z mejno stopnjo bolezni, visoki stroški sanatorijskega zdravljenja in nezadostna opremljenost poliklinik s sodobnimi metodami pregleda in zdravljenja.

Trenutno obstaja več mednarodnih standardov za registracijo kliničnih podatkov v MIS zdravstvenih ustanov:

• SNOMED International (Koledž ameriških patologov, ZDA);
• Unified Medical Language System (National Medical Library, ZDA);
• Preberite klinične kode (Center za kodiranje in klasifikacijo nacionalnega zdravstvenega sistema, Združeno kraljestvo).

AT Zadnja leta v ZDA večina velikih zdravstvenih centrov ne deluje več brez informacijskih sistemov (IS), ki predstavljajo več kot 10 % bolnišnične porabe.
V ameriškem zdravstvenem sektorju informacijska tehnologija porabi približno 20 milijard dolarjev na leto. Posebej zanimivi so medicinski sistemi, ki zdravniku neposredno pomagajo povečati delovno učinkovitost in izboljšati kakovost oskrbe pacientov.

Študije, izvedene v zadnjih petih letih, so omogočile popolnejše razumevanje procesov, ki se pojavljajo pri poškodbi hrbtenjače in njenih posledic, ter principov vplivanja na negativne vidike, ki se pojavljajo na področju poškodbe. Tako veliko pozornost do te posebne kategorije bolnikov je razloženo z resnostjo posledic, ki nastanejo v procesu poškodbe in kasnejšim nadaljnjim razvojem travmatske bolezni hrbtenjače.

Morfološka študija poškodovane hrbtenjače (SC) kaže, da poškodba tkiva ni omejena na območje vpliva destruktivne sile, ampak z zajemom predvsem nedotaknjenih območij vodi do nastanka obsežnejše poškodbe. Hkrati so v proces vključene strukture možganov, pa tudi periferni in avtonomni živčni sistem. Ugotovljeno je bilo, da se senzorični sistemi spreminjajo veliko globlje kot motorični sistemi.

Sodobni koncept patogeneze travmatske poškodbe SM obravnava dva glavna medsebojno povezana mehanizma celične smrti: nekrozo in apoptozo.
Nekroza je povezana z neposredno primarno poškodbo možganskega tkiva v času uporabe travmatske sile (kontuzija ali stiskanje možganskega parenhima, discirkulacijske vaskularne motnje). Nekrotično žarišče se nato razvije v glialno vezivno tkivno brazgotino, v bližini katere se v distalnem in proksimalnem delu hrbtenjače oblikujejo majhne votline, ki tvorijo posttravmatske ciste različnih velikosti.

Apoptoza je mehanizem zapoznele (sekundarne) poškodbe celic, to je njihova fiziološka smrt, ki je običajno potrebna za obnovo in diferenciacijo tkiv. Razvoj apoptoze pri poškodbi hrbtenjače je povezan z vplivom na celični genom ekscitatornih aminokislin (glutamata), ionov Ca2+, vnetnih mediatorjev, ishemije itd.
Na začetku opazimo apoptozo nevronov v bližini nekrotičnega žarišča (vrhunec smrti je 4-8 ur). Nato se razvije apoptoza mikro- in oligodendroglije (vrhunec smrti je tretji dan). Naslednji vrh glialne apoptoze opazimo po 7-14 dneh na razdalji od mesta poškodbe in ga spremlja smrt oligodendrocitov.
Sekundarno patološke spremembe vključujejo petehialne krvavitve in hemoragično nekrozo, oksidacijo lipidov s prostimi radikali, povečano aktivnost proteaze, vnetno nevrofagocitozo in ishemijo tkiva z nadaljnjim sproščanjem ionov Ca2+, ekscitatornih aminokislin, kininov in serotonina. Vse to se končno kaže v razširjeni ascendentni in descendentni degeneraciji in demielinizaciji živčnih prevodnikov, smrti dela aksonov in glije.

Motnje v delovanju številnih organov in sistemov, ki jih travma ni neposredno prizadela, ustvarjajo nove raznolike patološke situacije. V denerviranih tkivih občutljivost na biološke aktivne snovi(acetilholin, adrenalin itd.), Poveča se razdražljivost receptivnih polj, zmanjša se prag membranskega potenciala, zmanjša se vsebnost ATP, glikogena in kreatin fosfata. V paretičnih mišicah je motena presnova lipidov in ogljikovih hidratov, kar vpliva na njihove mehanske lastnosti - raztegljivost in kontraktilnost ter prispeva k togosti.

Motnje metabolizma mineralov vodijo v nastanek paraosnih in periartikularnih okostenitev, okostenelega miozitisa, osteoporoze.
Vse to lahko povzroči nove zaplete: preležanine, trofične razjede, osteomielitis, sklepno-mišične kontrakture, ankiloze, patološke zlome, deformacije kosti - v mišično-skeletnem sistemu; nastajanje kamnov, refluks, vnetje, odpoved ledvic - v sečnem sistemu. Oblikujejo se odnosi, ki so destruktivni. Obstaja zatiranje in funkcionalna izguba številnih sistemov, ki jih poškodba ni neposredno prizadela. Pod vplivom neprekinjenega toka aferentnih impulzov aktivne živčne strukture padejo v stanje parabioze in postanejo imune na specifične impulze.

Vzporedno se oblikuje še ena dinamična linija - obnovitveno-prilagodljive funkcionalne spremembe. V pogojih globoke patologije pride do optimalno možnega prestrukturiranja mehanizmov za zagotavljanje prilagajanja okolju. Telo preide na novo raven homeostaze. V teh pogojih hiperreaktivnosti in stresa nastane travmatska bolezen hrbtenjače (TSCD).
Da bi preveril domnevo o obstoju načinov za preprečevanje nastajanja brazgotinskega tkiva na območju poškodbe hrbtenjače, preden skozenj kalijo aksoni nevronov (delovna hipoteza), je Vagin Alexander Anatolyevich izvedel eksperimentalno delo na Wistarju. podgane. Za poskuse so bile izbrane dobro razvite in zdrave živali dobrega vedenja, spolno zrele, stare eno leto.

Vsi eksperimentalni postopki in manipulacije so bili izvedeni v operacijski sobi Oddelka za patološko fiziologijo Vojaškomedicinske akademije v pogojih, ki ustrezajo zahtevam SanPiN 2.1.3.1375-03. Živali so dali na operacijsko mizo. Uporabljena je etrska anestezija. V kontrolni skupini (skupina A) je bilo 22 podgan, v glavnih skupinah (skupini B in C) - 21 oziroma 22. Pri vseh živalih je bila opravljena delna (pod etrsko anestezijo) denervacija spodnjega dela hrbtenjače v višini 3. torakalnega vretenca. Eksperimentalno denervacijo na poskusnih živalih smo izvedli v sterilnih pogojih ob upoštevanju pravil asepse in antisepse. Pri poškodbi hrbtenice pri podganah smo uporabili samo ravno iglo 1,2 x 40 mm in šivalni material za namestitev kompresijske zanke na hrbtenjačo (supramidna nit premera 0,1 mm je sterilna). Po povzročitvi eksperimentalne poškodbe v pooperativnem obdobju so živali različnih skupin hranili različno, vendar so bile vse potopljene v spanje, ki ga povzroča zdravilo (Sol. Relanii 0,3 intraperitonealno, 2-krat na dan) za celotno obdobje opazovanja.

Kontrolna skupina (A) je bila ohranjena standardni pogoji, pri podganah glavnih skupin (B in C) pa je bila uporabljena metoda vzdrževanja v pogojih fiksacije v posebni kiveti. Naprava s kiveto je služila kot prototip »optimalnega redukcijskega okolja« in je bila sestavljena iz fiksne postelje iz poliuretanske cevi premera 5 cm, dolžine 10 cm, razrezane po dolžini, tako da ostanejo cvetni listi dolgi 5 cm in široki 1 cm za pritrjevanje tačk živali. Cvetni listi kivete so povezani z gibljivimi ročicami elektromotorjev (4 kosi), katerih palice izvajajo linearne gibe, kar vam omogoča izvajanje določenih gibov živalskih tac (pasivnih gibov) prek relejne naprave, ki sprejema ukaze od industrijski računalnik po danem programu. V opisanem ležišču je bila žival položena na hrbet. Njegove tace so bile pritrjene na cvetne liste kivete. Pasivni gibi so bili izvedeni v obliki abdukcije in addukcije okončin živali. Možna aktivna gibanja pri živalih so izvajali v obdobjih prebujanja.

Poskus je potekal v dveh smereh:

1. Spremembe v odsekih hrbtenjače živali po poškodbi so proučevali v vseh skupinah pod svetlobnim in elektronskim mikroskopom.
2. Med opazovanjem živali kontrolne in glavne skupine so bili zabeleženi pogoji okrevanja bolečine, temperaturne občutljivosti in motorične aktivnosti.

Kot rezultat histoloških, patofizioloških študij so bili pridobljeni naslednji rezultati. Pri histološki študiji odsekov hrbtenjače podgan v kontrolni skupini A se odmrtje celic kot posledica poškodbe po neposredni poškodbi hrbtenjače pojavi kot posledica nekroze in traja do 14 dni. V prihodnosti pride do celične smrti zaradi apoptoze, ki jo opazimo do 21-30 dni z nastankom brazgotinskega tkiva. Brazgotinsko tkivo nastane iz degeneriranih kaotično lociranih mielinskih vlaken in aksialnih valjev, ki ne dopuščajo kalitve aksonov nevronov skozi cono brazgotinjenja. Območje nastajanja brazgotin vključuje jedra celic, ki prehajajo v stopnjo apoptoidnih teles.

Hkrati se v glavni skupini B* - (B in C) razkrije izrazita histološka slika okrevanja nevroglije in nevronskih celic v pogojih metode PDIC.
Pri obdelavi statističnih materialov eksperimentalnega patofiziološkega dela študije smo v skupini A obnovili podatke o bolečinski in temperaturni občutljivosti ter motorična funkcija ni označeno.
V skupini B* - (B in C) je prišlo do okrevanja občutljivosti za bolečino v 21,5 % primerov, v 78,5 % primerov ni prišlo do okrevanja. Obnovitev temperaturne občutljivosti je bila opažena pri 15,4% poskusnih živali, v 84,6% primerov ni bilo okrevanja. Kot rezultat preučevanja sprememb motorične aktivnosti je bilo okrevanje opaženo le v glavni skupini B*. Ugotovljeno je bilo, da so bili gibi v okončinah obnovljeni pri 26,2% živali, v 73,8% primerov pa ni prišlo do okrevanja. Glede na podatke neparametrične analize o stanju bolečine, temperaturni občutljivosti, motorični funkciji pri proučevanih podganah ima pomembno (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).

Praktično preizkušanje eksperimentalnega sistema na poskusnih živalih je privedlo do zaključka, da mora rehabilitacijska tehnika, namenjena ustrezni uporabi odkritega pojava ustvarjanja optimalnih pogojev za ponovno vzpostavitev funkcij poškodovanega SM, zagotavljati naslednje pogoje:

• občasno ustvarjanje draženja eferentnih in aferentnih poti nad in pod žariščem poškodbe hrbtenjače;
• zaprtje refleksnega loka in s tem aktivacija segmentno-refleksnega aparata hrbtenjače po istem času, z enako silo, v istem zaporedju za daljši čas;
• delo 24 ur na dan v celotnem obdobju rehabilitacije.

Analiza rezultatov eksperimentalnega dela dela je pokazala, da lahko uporaba metode kontinuirane dolgotrajne pulzne kinetične terapije v posttravmatskem obdobju v kliničnih pogojih pri bolnikih s posledicami poškodb hrbtenice spodbudi obnovo izgubljenih funkcij. organov in sistemov.

Pri prenosu eksperimentalno potrjenega modela optimalnega fiziološkega okolja na platformo kliničnega testiranja smo izhajali iz dejstva, da bo morala osnova razvite nove metode rehabilitacijskega zdravljenja takšnih bolnikov rešiti glavne naloge rehabilitacije:

• ustvarjanje najugodnejših pogojev za potek regenerativnih procesov v hrbtenjači;
• preprečevanje in zdravljenje preležanin, fistul, osteomielitisa, kontraktur, deformacij osteoartikularnega aparata;
• odprava ali zmanjšanje sindroma bolečine;
• vzpostavitev neodvisnih nadzorovanih dejanj uriniranja in defekacije;
• preprečevanje in zdravljenje zapletov iz urinarnega, dihalnega in kardiovaskularnega sistema;
• preprečevanje in zdravljenje atrofije in spastičnosti mišic;
• razvoj sposobnosti samostojnega gibanja in samopostrežnosti.

S finančno podporo OLME LLC je nastal rehabilitacijski kinetični sistem, ki prispeva k avtomatskemu izvajanju periodično generirane stimulacije eferentnih in aferentnih poti, zaprtju refleksnega loka in s tem aktivaciji segmentno-refleksnega aparata. hrbtenjače skozi isti čas vrzeli, z enako silo, v istem zaporedju 24 ur na dan skozi ves čas, ko je bolnik v rehabilitaciji (dnevi, tedni, meseci in leta) in vam omogoča, da shranite mišično-skeletni sistem, periferni živčnega sistema in segmentnega aparata, kar omogoča govoriti o novih pristopih k rehabilitaciji.

Kljub pomanjkanju sredstev s strani države je danes podjetje "OLME" postavilo temelje robotike z informacijsko tehnologijo za rehabilitacijo imobiliziranih pacientov že dolgo doma pri nas. Ta smer razvoja rehabilitacije omogoča znatno zmanjšanje umrljivosti in invalidnosti pri tej kategoriji bolnikov, podaljšanje pričakovane življenjske dobe in v večini primerov vrnitev na polno delo v 4-5 letih.

Bibliografija:

1. Ado A.D. Patološka fiziologija./ A. D. Ado, L. M. Ishimova. - M., 1973. - 535 str.
2. Vagin A.A. Patofiziološka utemeljitev uporabe metode kontinuirane dolgotrajne pulzne kinetične terapije pri zdravljenju in rehabilitaciji bolnikov s posledicami poškodbe hrbtenice: kand. kand. med. znanosti. - Sankt Peterburg, 2010. - 188 str.
3. Basakyan A.G. Apoptoza pri travmatični poškodbi hrbtenjače: možnosti za farmakološko korekcijo / A. Basakyan, A.V. Baskov, N. N. Sokolov, I. A. Borshchenko - Issues of Medical Chemistry No. 5, 2000. [Elektronski vir]. - Način dostopa: http://www.jabat.narod.ru/005/0145.htm. ali http://medi.ru/pbmc/8800501.htm
4. Borshchenko IA Nekateri vidiki patofiziologije travmatske poškodbe in regeneracije hrbtenjače. / I. A. Borshchenko, A. V. Baskov, A. G. Korshunov, F. S. Satanova // Journal of Problems of Neurosyrurgery. - №2.- 2000. [Elektronski vir]. - Način dostopa: http://sci-rus.com/pathology/index.htm.
5. Viktorov IV Trenutno stanje raziskav o regeneraciji centralnega živčnega sistema in vitro in in vivo./ IV Viktorov // Drugi vseslovenski simpozij "Vzdražljive celice v tkivni kulturi". - Puščino, 1984. - S. 4-18.
6. Georgieva SV Homeostaza, travmatska bolezen možganov in hrbtenjače. / S. V. Georgieva, I. E. Babichenko, D. M. Puchinyan - Saratov, 1993 - 115 s
7. Greten AG Problematični vidiki mehanizmov obnovitvenih procesov v možganih. / A. G. Greten. // Mehanizmi in korekcija procesov okrevanja možganov. - Gorky, 1982. - S. 5 -11.
8. Aranda J.M. Problemsko usmerjeni zdravstveni zapisi: Izkušnje v skupnostni bolnišnici. JAMA 229: 549-551, 1974
9. Braunberg A.C. Privlačnost pametnih kartic pospešeno skoči v mainstream // Signal. 1995. - januar. Str.35-39.
10. Buchanan J.M. Avtomatizirani bolnišnični informacijski sistemi. // Mil. med. - 1996. - Zv. 131, št. 12.-P.1510-1512.
11. ISO/IEC JTC1/SC 29 N1580, 1996-04-23. Strokovnjak iz biltena ISO: Standardi za globalno infrastrukturno infrastrukturo, kaj je GII? Medicina 2001: Nove tehnologije, nove realnosti, nove skupnosti //MedNet- 1996, avgust 4.-8 str.
12. Van Hentenryck K. Zdravstvena raven sedem. Osvetlitev standarda različice 2.3 HL7. // Healthc Inform. - 1997. - Zv. 14, št. 3. - Str.74.
13. Wilson I.H., Watters D. Uporaba osebnih računalnikov v učni bolnišnici v Zambiji //Br. med. F. - 1988. - letn. 296, št. 6617. - Str. 255-256.
14. Puzin M.N., Kiparisova E.S., Gunther N.A., Kiparisov V.B. Oddelek za bolezni živčevja in nevrodentistiko "Medbioekstrem", Klinična bolnišnica "Medbioekstrem" št. 6, Poliklinika št. 107, Moskva
15. roboting.ru/tendency/727-obzor-pers
16. Nevrotravmatologija: Priročnik./ Ed. A.N. Konovalova, L.B. Likhterman, A.A. Potapova.- Moskva, 1994.- 356 str. [Elektronski vir]. - Način dostopa: http://sci-rus.com/reference_book/ref_00.htm
17. Oks S. Osnove nevrofiziologije: Per. iz angleščine / S. Oks - M., Mir, 1969. - 448 str.
18. Romodanov A.P., Nekateri problemi poškodb hrbtenice in hrbtenjače po tuji literaturi./ A.P. Romodanov, K.E. Rudjak. // Vprašanja nevrokirurgije. - 1980. - Št. 1. - Str.56 - 61
19. Shevelev I. N. Obnova funkcije hrbtenjače: sodobne možnosti in obeti za raziskave / I. N. Shevelev, A. V. Baskov, D. E. Yarikov, I. A. Borshchenko // Journal of Neurosurgery Issues - 2000. - št. 3. [Elektronski vir]. - Način dostopa: http://www.sci-rus.com/pathology/regeneration.htm
20. Lockshin R.A. Nukleinske kisline v celični smrti. Cellično staranje in celična smrt./ R.A Lockshin, Z. Zakeri-Milovanović./ ur. I. Davis in D.C. Sigl.. - 1984, Cambridge. - Str. 243 - 245
21. Yong C., Arnold P.M., Zoubine M.N., Citron B.A., Watanabe I., Berman N.E., Festoff B.W. // J. Nevrotravma. - 1998 - št. 15. - Str. 459 - 472.

• Ogledi: 6900

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