Robotyka medyczna w Polsce czyli Robin Heart i inni

Transkrypt

1 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

2 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.

3 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.

4 Stan polskiej robotyki medycznej - spojrzenie wstecz W latach 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.

5 Stan polskiej robotyki medycznej - spojrzenie wstecz Miejsce narodzin polskiej robotyki medycznej Zabrze Data narodzin polskiej robotyki medycznej 2000 r.

6 Fotka frk z Dublina

7 RobIn Heart 1999 Nazwiemy go Robin Heart, Panie Profesorze! Kiedy będę mógł nim operować? Grant KBN

8 To narzędzie chirurga odpowiednie do poziomu cywilizacji technicznej XXI w.

9 RobIn Heart 2000

10 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 , realizator modelu Robin Heart 2 części mechanicznej)

11 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)

12 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

13 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 Zabrze info: Wydaliśmy pierwszą w Polsce książkę poświęconą robotyce medycznej w 2008 Roboty Medyczne/Medical Robots 1 (pod red. Z.Nawrata). Dostępna w.pdf na stronie 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.

14

15 2002 Spherical model with endocamera Control Unit Pre-prototype arm of RobIn Heart Operated object

16

17 2003

18 2003

19 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

20 2008

21

22 Robin Heart 3 (PŁ)

23 2008 Robin Heart Shell Robin Heart 3

24 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.

25 Trening Systemy doradcze Planowanie

26

27 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.

28 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.

29 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.

30 EKSPERYMENTY IN VIVO 2009

31 EKSPERYMENTY IN VIVO 2009

32 EKSPERYMENTY IN VIVO 2009

33 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

34 Fotka frk z Dublina Obecnie w dziedzinie robotów chirurgii miniinwazyjnej jedynym dostepnym robotem komercyjnym jest amerykański robot da Vinci 2.5 mln euro

35 Fotka frk z Dublina

36 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

37 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

38 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.

39 Podziękowania: Projekt robota Robin Heart był finansowany w ramach projektu badawczego KBN 8 T11E oraz projektu zamawianego PW-004/ITE/02/2004 i ze środków na naukę w latach jako projekt badawczy rozwojowy grant nr R oraz przez Fundację Rozwoju Kardiochirurgii i wielu sponsorów. Projekt Robin Heart Uni System jest realizowany w ramach projektu rozwojowego Nr R Dziękuje wszystkim uczestnikom grantu, naukowcom i studentom, za wkład w realizację projektu.

40 Eksperyment 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)

41 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

42 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 ; nawrat@frk.pl