Robotyka medyczna w Polsce czyli Robin Heart i inni

Robotyka medyczna w Polsce czyli Robin Heart i inni

Robotyka medyczna w Polsce
czyli Robin Heart i inni
Zbigniew Nawrat
Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii
Pracownia Biocybernetyki
Robin Heart Service
Śląski Uniwersytet Medyczny
Katedra kardiochirurgii i Transplantologii
Obecnie obserwujemy renesans w dziedzinie nauk
technicznych koncentrujących się na aplikacjach
biologicznych i medycznych. Osiągnięcia techniczne w
medycynie ostatniej dekady zmieniły na trwałe
wyobrażenia o metodach i środkach ratowania życia
pacjentów. Sztuczne narządy, implantowalne pompy krwi,
bioinżynieria wespół z biotechnologią, innowacyjne
materiały, medyczne programy ekspertowe, telemedycyna,
rozwój chirurgii małoinwazyjnej i wreszcie zastosowanie
robotów wspierających chirurgów w przeprowadzaniu
coraz bardziej skomplikowanych operacji to milowe kroki w
celu coraz sprawniejszego leczenia i rozszerzania grona
pacjentów, dla których pomoc jest możliwa.
W obszarze medycyny następuje zbliżenie, synteza takich
dziedzin jak bionika, biofizyka, bioinżynieria, robotyka itp.
Każda z nich ma inny swój rodowód i historię rozwoju jednak
efekt współdziałania (synergia) może przynieść znakomite
rezultaty, jej brak – szkody.
Robotyka zajmuje się syntezą pewnych funkcji człowieka
poprzez wykorzystanie posiadanych środków technicznych.
Robot jest sterowaną wielozadaniową maszyną posiadającą
własności manipulacyjne i lokomocyjne wykorzystywane do
określonych celów.
W tym, robotyka medyczna i rehabilitacyjna obejmuje
manipulatory i roboty do celów chirurgii, terapii, protetyki i
rehabilitacji.
Stan polskiej robotyki medycznej - spojrzenie
wstecz
W latach 80’-90’tych ukazało się kilka prac przeglądowych
wskazujących na potencjał powstającej nowej dziedziny
techniki medycznej.
Na uwagę zasługują przede wszystkim
prace prof Adama Moreckiego z Politechniki Warszawskiej –
niekwestionowanego autorytetu polskiej robotyki i inżynierii.
Stan polskiej robotyki medycznej - spojrzenie
wstecz
Miejsce narodzin polskiej robotyki medycznej
Zabrze
Data narodzin polskiej robotyki medycznej
2000 r.
Fotka frk z Dublina
RobIn Heart 1999
Nazwiemy go Robin Heart, Panie
Profesorze!
Kiedy będę mógł nim operować?
Grant
KBN
To narzędzie chirurga odpowiednie do poziomu cywilizacji technicznej XXI w.
RobIn Heart 2000
ZOSTAŁ ZORGANIZOWANY MULTIDYSCYPLINARNY ZESPÓŁ OPARTY O SILNE
OSOBOWOŚCI NAUKI ORAZ ZAPAŁ I AMBICJĘ MŁODYCH ADEPTÓW NAUK
TECHNICZNYCH I MEDYCZNYCH
-Zespół Pracowni Biocybernetyki FRK w Zabrzu
kierowany przez Zbigniewa Nawrata (lider)
- Zespół Politechniki Łódzkiej kierowany przez
Leszka Podsędkowskiego (podstawowy partner
projektu w zakresie mechaniki a także wykonał
model Robin Heart 3, zespół ciągle rozwijany)
-Zespół Politechniki Warszawskiej kierowany przez
Krzysztofa Mianowskiego (partner projektu w
latach 2000-2003, realizator modelu Robin Heart 2
– części mechanicznej)
Obecnie już wiele uczelni rozszerzyło swoje zainteresowania
badawcze o robotykę medyczną , w tym:
Politechnika Śląska (współpraca akademicka z FRK – ponad
10 prac dyplomowych , magisterskich i doktorskich
prowadzonych w FRK pod opieką ZN)
Uniwersytet Śląski (współpraca akademicka z FRK – kilka
prac dyplomowych , magisterskich prowadzonych w FRK pod
opieką ZN)
Politechnika wrocławska – (głównie w zakresie nawigacji ale
także rehabilitacji, sztuczna dłoń itp.)
AGH w Krakowie – (prace akademickie w zakresie robota
chirurgicznego)
Politechnika Poznańska – (sterowanie robotem
przemysłowym jako ramieniem toru wizyjnego)
W zakresie automatyzacji i robotyzacji procesu
rehabilitacji oraz produkcji urządzeń
wspierających mobilność prowadzone są
intensywne prace projektowe, badawcze i
wdrożeniowe w kilku ośrodkach:
- PIAP Warszawa
- ITAM Zabrze
- Politechnika Warszawska
- Politechnika Wrocławska
-Politechnika Śląska
W czasie realizacji projektu badawczego rozpoczętego w FRK w 2000 r.
organizowane były otwarte konferencje, na których poddawano ocenie stan
prowadzonych prac i określano kierunki dla szeregu praktycznych rozwiązań.
Projekt Robin Heart wykreował i przyczynia się do utrzymania wysokiego
zainteresowania robotyką medyczną w Polsce. Od 2001 roku zorganizowano 6
specjalistycznych konferencji od kilku lat już międzynarodowych, obecnie pod
nazwą:
Roboty Medyczne/Medical Robots 200… -International Conference
ZAPRASZAM – 11.12.2009 Zabrze info: www.frk.pl; www.robinheart.pl
Wydaliśmy pierwszą w Polsce książkę poświęconą robotyce medycznej w 2008 –
Roboty Medyczne/Medical Robots 1 (pod red. Z.Nawrata). Dostępna w .pdf na
stronie www.robinheart.pl
Najlepsza praca wygłoszona w czasie konferencji przygotowana przez młodego
naukowca (do 30 roku życia), studenta, hobbysty jest nagradzana statuetką
ROBINA. Konkurs ma charakter międzynarodowy. Przewidziany jest dla studentów
młodych naukowców, ale otwarty również dla młodych hobbystów i pasjonatów nie
związanych z uczelniami, czy ośrodkami naukowymi. Mile widziani będą także
zafascynowani robotyką młodzi ludzie, którzy wybór uczelni mają jeszcze przed
sobą.
2002
Spherical model
with endocamera
Pre-prototype
arm
of RobIn Heart
Control Unit
Operated
object
2003
2003
Robin Heart Vision
ramię o kinematyce sferycznej o 4
stopniach swobody i zakresach
przemieszczeń 187°, 120°,165°, 150 mm,
oraz 330°
rozdzielczość pozycjonowania końcówki
ramienia: nie gorsza niż 0,2 [mm].
2008
2008
Robin Heart 3 (PŁ)
2008
Robin Heart Shell
Robin Heart 3
Celem eksperymentów in vivo
jest przetestowanie prototypowych
zrobotyzowanych narzędzi
chirurgicznych na zwierzętach
w warunkach odpowiadających scenerii
i zadaniom klinicznego stosowania
określenie ich własności funkcjonalnych
dla wykonania typowych zabiegów
chirurgicznych.
Systemy
doradcze
Trening
Planowanie
Na podstawie naszej wiedzy o zakresie stosowania robotów
dokonaliśmy wyboru reprezentatywnych eksperymentów:
1. usunięcie pęcherzyka żółciowego (od takiej operacji zaczęła
się historia zrobotyzowanej chirurgii w 1997r.)
2. pomostowanie aortalno-wieńcowe na bijącym sercu z
użyciem robota chirurgicznego (TECAB) – tzw, bajpasy.
3. operacje zastawek serca (od nich zaczęła się historia
zrobotyzowanej kardiochirurgii w 1998 r.)
Eksperymenty podzielono na zadania
i określono możliwości precyzyjnego ich wykonania
Ocena praktycznych możliwości systemu pozwoli na wyciągnięcie
wniosków dotyczących wprowadzenia odpowiednich zmian w projekcie
robota Robin Heart oraz określenia pełnego programu badań
przedklinicznych.
Chirurgicznej weryfikacji poddane zostały niemal wszystkie modele
prototypowe ramion narzędziowych robota, różniące się m.in. koncepcją
sterowania i mocowania, Robin Heart Vision – zrobotyzowane ramię do
sterowania położeniem toru wizyjnego oraz innowacyjne, zrobotyzowane
narzędzia chirurgiczne nowej generacji (Robin Heart Uni System), które
można przełożyć z robota do specjalnego uchwytu ręcznego i wykonać
zabieg manualnie. Istotą eksperymentów na zwierzętach było usunięcie
woreczka żółciowego oraz wykonana na otwartym sercu,
z zastosowaniem krążenia pozaustrojowego, operacja naprawcza
zastawki mitralnej (trójdzielnej). Wszystko po to, by dać twórcom robota
i jego przyszłym użytkownikom jak najszerszy przegląd możliwości, wad
i zalet opracowywanego systemu chirurgicznego. Do tej pory bowiem
użyteczność Robin Heart’a sprawdzana była w wirtualnej sali operacyjnej
i w warunkach laboratoryjnych - na wypreparowanych sercach
zwierzęcych.
Grupa konstruktorów, elektroników, informatyków i mechaników, którzy
pracowali nad Robinem na bieżąco konsultowała się z zespołem lekarskim, by
wyłapać wszelkie poprawki, jakie należy do niego wprowadzić. Jednak dwie
testowe operacje dowiodły, że robot - choć z pewnością będzie udoskonalany już obecnie sprawdza się w wielu zadaniach. Operowali: Joanna Śliwka
i Michał Zembala ze Śląskiego Centrum Chorób Serca, Grzegorz Religa z
Instytutu Kardiologii w Warszawie i ekspert medyczny (350 operacji robotem
da Vinci) – dr hab. Romuald Cichoń, Dyrektor Naukowy Fundacji. „Dla mnie
to fascynujący dzień - powiedział. Długo na niego czekałem. Skupiamy się
przede wszystkim na możliwościach technicznych tego urządzenia – jego
sprawności i niezawodności działania. Każdy element operacji był sprawdzany
pod względem medycznym, informatycznym, mechanicznym, ergonomicznym.
Wiem na pewno, że robotem tym będzie można w przyszłości bezpiecznie
operować pacjentów. Pamiętając o dysproporcjach finansowania tego projektu
u nas i w innych ośrodkach na świecie, przez długi czas byłem sceptykiem.
Dlatego składam głęboki ukłon kolegom inżynierom, którzy w trakcie zaledwie
kilku lat dogonili świat”. Opinia dr. Cichonia jest bardzo cenna, bo należy on do
najbardziej doświadczonych na świecie specjalistów w zabiegach
wykonywanych z użyciem robotów. Pracował m.in. z amerykańskim robotem da
Vinci – jedynym na świecie, klinicznie dostępnym robotem chirurgicznym.
EKSPERYMENTY IN VIVO 2009
EKSPERYMENTY IN VIVO 2009
EKSPERYMENTY IN VIVO 2009
Rodzina polskich robotów Robin Heart ma szanse stać się powszechnie
stosowanym przez chirurgów wysokiej klasy systemem technicznym i
telemedycznym umożliwiającym wykonywanie części operacji w sposób
mniej inwazyjny, precyzyjny, bezpieczny dla pacjenta i chirurga.
Fundacja zamierza wdrażać Robin Heart’a etapami. Zgodnie z założeniem, jako pierwszy w klinikach
miałby się znaleźć Robin Heart Vision - służący do kontroli położenia toru endowizyjnego. Być może
mógłby przejść próby przedkliniczne już w przyszłym roku, a w dalszej kolejności ubiegać się
dopuszczenie do zabiegów w warunkach klinicznych.
Zainteresowanych obszerniejszą informacją nt. systemu telemanipulatora
chirurgicznego Robin Heart odsyłam uprzejmie do na stronę
www.robinheart.pl.
Fotka frk z Dublina
Obecnie w dziedzinie robotów chirurgii miniinwazyjnej jedynym dostepnym
robotem komercyjnym jest amerykański robot da Vinci – 2.5 mln euro
Fotka frk z Dublina
Stan polskiej robotyki medycznej - spojrzenie w
przyszłość
1. Argumentem na rzecz budowania śmiałej wizji
rozwoju robotyki medycznej są
-obecne postępy w zakresie robotyki chirurgicznej
-rosnący potencjał polskich ośrodków akademickich i
badawczych,
-zapał i innowacyjność młodych podejmujących
obecnie decyzję o zawodowych zainteresowaniach
-szanse
na
wdrożenie
nowych
urządzeń
rehabilitacyjnych
Stan polskiej robotyki medycznej - spojrzenie w
przyszłość
2. Argumentem pesymistów rozwoju robotyki
medycznej są
-słaby przemysł high-tech szczególnie w zakresie
techniki medycznej w Polsce
-brak środków finansowych w przedsiębiorstwach na
wdrażanie innowacyjnych technologii i walkę o rynek
z światowymi liderami
-brak kapitału który mógłby wesprzeć powstanie
nowych firm w obszarze wysokiego ryzyka
finansowego
Stan polskiej robotyki medycznej - spojrzenie w
przyszłość
W 2005 r. powstał pierwszy w Polsce zakład robotyki
medycznej Robin Heart Service, obecnie działa w
ramach FRK w Zabrzu, z powodu braku
odpowiedniego kapitału powstrzymaliśmy się od
usamodzielnienia tej jednostki jako osobna firma.
W trosce o rozwój naszych możliwości badawczych i
wdrożeniowych w ramach konsorcjum podjęliśmy
inicjatywę budowy w Zabrzu Centrum BioMedTech
Silesia – rezultaty konkursu poświadczą na ile jest to
realna szansa.
Podziękowania: Projekt robota Robin Heart był finansowany w
ramach projektu badawczego KBN 8 T11E 001 18 oraz projektu
zamawianego PW-004/ITE/02/2004 i ze środków na naukę w
latach 2006-2009 jako projekt badawczy rozwojowy” grant nr
R1303301 oraz przez Fundację Rozwoju Kardiochirurgii i wielu
sponsorów. Projekt Robin Heart Uni System jest realizowany w
ramach projektu rozwojowego Nr R13 033 01. Dziękuje
wszystkim uczestnikom grantu, naukowcom i studentom, za
wkład w realizację projektu.
Eksperyment 21-22 stycznia 2009 r. został
sfinansowany przez Fundację Rozwoju
Kardiochirurgii
Specjalne podziękowania dla naszych partnerów
przemysłu medycznego w Polsce:
Firmie FAMED z Żywca (producent wyposażenia
szpitali m.in. stołów operacyjnych)
Firmie EMED z Warszawy (producent narzędzi
elektrochirugicznych)
Uczestnicy eksperymentu:
Chirurdzy: Joanna Śliwka, Romuald Cichoń,
Grzegorz Religa, Michał Zembala
Opieka weterynaryjna: Szymon Kostrzewski
Opieka pielęgniarska: Barbara Duda
Przygotowanie robotów Robin Heart: Paweł Kostka,
Leszek Podsędkowski, Piotr Wróblewski, Wojciech
Dybka, Kamil Rohr, Mariusz Jakubowski, Adam
Klisowski, Bartosz Tarnawski oraz Zbigniew Nawrat
Zestaw instrumentów chirurgicznych –
księga chirurgii H.Brunschwiga (1497)
Chirurg – balwierz - reklama (?)
sprzętu medycznego z XVIII w.
Przepraszam za nieobecność – mam nadzieje
że materiał subiektywnie zebrany przyczyni si
do dyskusji. W razie potrzeby jestem pod tel.
607 728 664; [email protected]