Curs2_BIOING_2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

1/63

• Motivele introducerii robotilor in medicina sunt multiple, existand o mare

analogie cu automatizarea in industrie. Aceasta nu inseamna ca cerintele

robotilor sunt aceleasi, dar avantajele utilizarii lor sunt similare.

• In cazul unui robot pentru chirurgie, spre exemplu, acesta nu va obosi

niciodata, oricat de lunga ar fi durata de utilizare a acestuia. El va pozitiona

instrumentul foarte precis, fara a tremura si va fi capabil sa execute la fel de

bine aceasta operatie a 100-a oara la fel ca si prima data.

ROBOTICA MEDICALA

Universitatea Tehnica “Gh. Asachi” Iasi

2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

2/63

ROBOTICA MEDICALA

APLICATII MEDICALE ALE ROBOTILOR

Utilizarea robotilor in domeniul medical nu

este limitata doar la sala de operatii, existanddiverse alte aplicatii pentru care acestia isi

dovedesc utilitatea.

ROBOTI PENTRU LABORATOR

Acesti roboti pot executa sute de teste in

paralel (de exemplu, testarea sangelui pentru

HIV), salvand timp si eliberand personalul

necesar efectuarii acestor teste, personal ce

poate fi utilizat in alte scopuri. Robotiirespectivi sunt utilizati in principal datorita

abilitatii lor de a executa operatii repetitive,

precise, cu viteze ridicate, fara a obosi.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

3/63

ROBOTICA MEDICALA



In continuare, este prezentat un sistem

robotizat pentru efectuarea unor teste de

coagulare a sângelui, realizat de Organon

Teknika Corporation. Acest sistem automat

este numit MDA coagAutoLink i constă dintr-o serie de module robotizate universale,

pentru efectuarea automată a testelor decoagulare.

Componenta cheie de automatizare a unui

sistem MDA coagAutiLink este un robot de tipmanipulator de mărimea bra

ului uman,

respectiv un robot A255 produs de CRS

Robotics


2009 - 2010

Centrifugarea automata in

sistemul coagAutolink

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

4/63

ROBOTICA MEDICALA



O dezvoltare ulterioar ă a sistemului automatprezentat este utilizarea unui robot mobil

(MDA coagAutoLink-MR), ce asigur ăposibilitatea unui transport efficient al

probelor. Robotul mobil alimentează sistemulMDA coagAutoLink cu probe, colectându-le

de pe tot etajul la care se află laboratorul,până la o distan

ă de cca 400 m. Mai mult,robotul mobil poate fi adaptat pentru a

încărca automat eprubetele cu probe de

sânge i de a le distribui direct sistemului

automat pentru procesare i analiză.


2009 - 2010

MDA coagAutoLink-MR

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

5/63

ROBOTICA MEDICALA



Un alt exemplu de sisteme automate folosite

în laboratoarele medicale este sistemul

automat de transport alaturat, pentru

transmiterea probelor la laboratorul de

microbiologie, unde stativul plin cu epruvete,conţinând sângele ce urmează a fi analizat,este înlocuit cu unul gol, ce va fi returnat în

laboratorul central de colectare a probelor.

Mai apoi, laborantul scoate probele pentru

efectuarea analizelor. Acest sistem este

utilizat cu succes la centrul Medical al

Unversităţii din Virginia.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

6/63

ROBOTICA MEDICALA


ROBOTI PENTRU SPITAL

Aceşti roboţi pot fi de tip mobil, ce ajută personalul medical prin aprovizionarea cu

medicamente sau distribuirea acestora, sau

de tip manipulator.


2009 - 2010

Robotul mobil HELPMATE

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

7/63

ROBOTICA MEDICALA


ROBOTI PENTRU SPITAL

Bloodbot este un robot destinat să ia probe desânge din fosa cubitală, ce urmează apoi să fiesupus diverselor teste.

Forma venelor în zona menţionată variază de la

individ la individ. Din acest motiv, robotul Bloodbotidentifică locaţia venei potrivite presând un palpatorpe suprafaţa ţesutului din fosa cubitală şi măsurândfor ţa exercitată asupra palpatorului. Analiza for ţeimăsurate în palpator permite determinarea prezenţeiunei vene. Odată ce a fost găsită vena potrivită prelevării de sânge, se introduce un ac, folosind ofor ţă controlată. Atunci când acul str ăpunge vena(fapt identificat de datele referitoare la for ţă /poziţie),sistemul de control opreşte înaintarea acului, cuscopul de a evita str ăpungerea totală a venei (ieşireaacului prin peretele opus al acesteia).


2009 - 2010

Robot de tip manipulator, pentru

punctie venoasa

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

8/63

ROBOTICA MEDICALA


ROBOTI PENTRU CHIRURGIE

- TELECHIRURGIE

Chirurgul sta in fata unei console, avand controlul asupra

miscarii robotului, insa nu vine in contact direct cu pacientul


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

9/63

ROBOTICA MEDICALA



- ANTRENAMENT PENTRU OPERATII

CHIRURGICALE

Robotii sunt utilizati pentru simularea de

operatii chirurgicale in scopul antrenarii

rezidentilor. Deoarece acestia au experientaredusa, utilizarea robotilor in acest scop

elimina problemele de tip legal, social si

economic


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

10/63

ROBOTICA MEDICALA



- OPERATII CHIRURGICALE LA DISTANTA

Medicul chirurg poate fi in orice colt al lumii,

putand controla robotii la distanta.

Acest tip de chirurgie este foarte utila in

tratarea ranitilor aflati pe campul de lupta


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

11/63

ROBOTICA MEDICALA



- CHIRURGIE MINIMAL INVAZIVA

Chirurgia laparoscopica traditionala prezinta

dezavantajul ca instrumentul are doar 4

grade de libertate si dexteritate redusa.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

12/63

ROBOTICA MEDICALA



- CHIRURGIE MINIMAL INVAZIVA

In cazul utilizarii robotilor, aceste

instrumente au 6 grade de libertate.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

13/63

ROBOTICA MEDICALA



- LIMITE ALE PROCEDURILOR MANUALE

In cazul prelucrarii manuale unor suprafete

dure (a oaselor, spre exemplu) apar o serie

de dificultati: geometrie complexa,

localizarea planelor de taiere, a axelor degaurire, precizia, controlul fortei, etc.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

14/63

ROBOTICA MEDICALA



- LIMITE ALE PROCEDURILOR

MANUALE


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

15/63

ROBOTICA MEDICALA



- LIMITE ALE PROCEDURILOR

MANUALE


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

16/63

ROBOTICA MEDICALA




In cazul introducerii unor instrumente in tesutul

moale dificultatile sunt: necesitatea memorarii

anatomiei pacientului, coordonarea precisa ochi-

mana in timpul introducerii instrumentului,

controlul fortei in timpul acestei operatii, evitarea

unor spatii vitale, compensarea unor miscari

fiziologice, etc.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

17/63

ROBOTICA MEDICALA




Dificultati intampinate in realizarea

suturilor: necesitatea unor miscari cu un

control al fortei foarte precis, geometrii

complexe, interactiune cu tesut moale, etc.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

18/63

ROBOTICA MEDICALA



- CUM POT ROBOTII VENI IN SPRIJINUL

ACTULUI CHIRURGICAL?

Localizarea (pozitionarea si

orientarea)precisa a instrumentelor.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

19/63

ROBOTICA MEDICALA



- CUM POT ROBOTII VENI IN SPRIJINUL ACTULUI CHIRURGICAL?

Descrierea unor traiectorii complexe si precise;

Eliminarea problemei privind coordonarea ochi-mana;

Limitarea riscurilor;Compensarea tremurului chirurgului;

Amplificarea miscarilor sau fortelor dezvoltate;

Un confort sporit pentru chirurg.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

20/63

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

21/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

22/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

23/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

24/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

25/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

26/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

27/63

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

28/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

29/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

30/63

ROBOTICA MEDICALA


SECURITATEA ROBOTILOR PENTRU CHIRURGIE


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

31/63

ROBOTICA MEDICALA



• In comparatie cu robotii folositi in sectorul industrial, robotii medicali ridica

proiectantilor probleme de securitate mult mai complexe. Cativa dintre cei mai

importanti factori ce conduc la acest lucru sunt descrisi in cele ce urmeaza:

– Prezenta umana in actul chirurgical: Intr-o situatie industriala, nu exista oameni in

spatiul de lucru al robotului. Dimpotriva, este interzisa prezenta umana in raza deactiune a acestuia. Regulile de protectie a muncii prevad ca robotul trebuie oprit atunci

cand sunt oameni in apropierea acestuia. Acest lucru simplifica mult cerintele privind

securitatea robotilor industriali, cat si indeplinirea acestor cerinte. In sectorul medical,

dimpotriva, robotii sunt necesari pentru a ajuta omul sau chiar a-l inlocui in actul

operator. In consecinta, ei trebuie sa fie capabili de a lucra in imediata apropiere a

oamenilor si sa functioneze bine intr-un mediu haotic, ce se modifica in timp. Acest

lucru impune robotilor medicali o serie intreaga de senzori, facandu-i capabili sa

reactioneze in concordanta cu mediul de lucru.

Universitatea Tehnica “Gh. Asachi” Iasi2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

32/63

ROBOTICA MEDICALA



– Consecintele unei erori: Acest factor este strans legat nu numai de prezenta umana in

apropierea robotului, dar si de natura misiunii pe care o are de indeplinit acesta din

urma, misiune care de obicei implica un pacient. In sectorul industrial, o greseala

poate insemna cel mult distrugerea unui echipament sau rebutarea unui produs. In

sectorul medical, unde sunt in joc vieti umane, implicatiile unei erori au o importanta

extrema.

– Misiune diferita, functie de pacient: In sectorul industrial, robotul trebuie sa execute o

serie de miscari intr-o ordine pre-definita. Obiectul de lucru, fie ca este el o simpla

teava metalica sau un autoturism complex, este considerat identic (fara abateri de

forma sau dimensiuni) pentru acelasi tip de obiect (teava sau autoturism). Cand se

lucreaza cu pacienti, acest lucru este imposibil deoarece fiecare pacient are

caracteristicile sale distincte. In termeni de securitate, acest lucru necesita o testareprealabila sau cel putin un rationament in scopul alegerii scenariului adecvat, din

multitudinea de scenarii posibile.


8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

33/63

ROBOTICA MEDICALA



Factorii posibili ce pot conduce la o securitate scazuta a unui echipament medical includ:

un proiect defectuos, functionare proasta a sistemului hard si a softului aferent, o

interpretare gresita a informatiilor, etc. Ca in multe alte aplicatii, imbunatatirea unor

parametri conduce la degradarea altora, iar o crestere globala a securitatii este insotita de o

crestere a costului, complexitatii sistemului sau a ambelor.

Ideea unei securitati totale este eronata. In schimb, diferite strategii de securitate ofera

avantaje diferite (si, bineinteles, dezavantaje). Probabilitatea totala de eroare poate fi

mentinuta intotdeauna la valori foarte scazute. Poate chiar mai important decat

probabilitatea aparitiei unei erori este abilitatea de a detecta ca s-a produs acea eroare, cu

scopul de a preveni riscurile ce ar rezulta de aici, ceea ce ar permite scoaterea dinfunctiune a robotului. Acest lucru implica deconectarea de la retea a robotului si

indepartarea lui de pacient, continuand operatia manual, de catre un chirurg.


8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

34/63

ROBOTICA MEDICALA



Atunci cand misiunea de indeplinit incepe sa devina din ce in ce mai complexa, creste

necesitatea de hardware si software mai complexe (reactie mai rapida, precizie mai buna,

mai multe grade de libertate). Acest lucru conduce la o crestere exponentiala a probabilitatii

de eroare.

O alta consideratie privind securitatea este, poate surprinzator, marimea robotului. Atat

pacientii, cat si medicii, se simt incomod alaturi de roboti medicali ce pot depasi in inaltime

chirurgul (peste 2 m) si care au o greutate de cateva zeci de kg. Exista o logica in spatele

acestui lucru si anume, un robot mai mare poate exercita mai multa forta decat unul mic,

rezultand o crestere a daunei in caz de esec.


8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

35/63

ROBOTICA MEDICALA



Daca un robot greseste, datorita

unor probleme tehnice, se pune

intrebarea cine este responsabil

chirurgul sau alte persoane?!


8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

36/63

ROBOTICA MEDICALA


ROBOTI PENTRU REABILITARE

Robotii pot « invata » sistemul nervos sa controleze

miscarile membrelor

Robotii pot servi ca ajutoare pentru manipulare, locomotie,

in scopul recuperarii unor anumite functii ale membrelor


8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

37/63

ROBOTICA MEDICALA




8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

38/63

ROBOTICA MEDICALA




8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

39/63

ROBOTICA MEDICALA




8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

40/63

ROBOTICA MEDICALA




8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

41/63

ROBOTICA MEDICALA




8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

42/63

ROBOTICA MEDICALA




8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

43/63

ROBOTICA MEDICALA




8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

44/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

45/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

46/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

47/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

48/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

49/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

O O C C

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

50/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

51/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

52/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

53/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

54/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

55/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

56/63

ROBOTICA MEDICALA




2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

57/63

ROBOTICA MEDICALA


SECURITATEA ROBOTILOR PENTRU REABILITARE

Robotii pentru recuperare trebuie de asemenea sa lucreze in apropierea oamenilor. De fapt,

distanta dintre pacient si roboti este invers proportionala atat cu utilitatea acestora, cat si

cu probabilitatea lor de defectare. In timp ce in cazul robotilor chrurgicali exista un medic

ce supravegheaza operatia, in acest caz, singurul ce poate controla robotul este insusi

pacientul. Oricum, lipsind experienta medicului si exitand posibilitatea sa aiba simturi si

reflexe limitate, pacientul poate sa nu fie capabil a detecta ceva gresit in functionarearobotului.

Frecvent, pot fi facute presupuneri referitor la pozitia pacientului si mediul in care robotul

lucreaza, dar exista o serie de factori ce nu pot fi anticipati, cum ar fi trecatorii sau

obstacolele in miscare. In asemenea cazuri, abilitatea pacientului de a opri robotul in orice

moment este de prima importanta, ceea ce necesita butoane proieminente de urgenta,aflate tot timpul in contact cu pacientul.


2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

58/63

ROBOTICA MEDICALA


STRATEGII PRIVIND SECURITATEA ROBOTILOR MEDICALI

Exista mai multe strategii utilizate pentru cresterea securitatii robotilor medicali. Primele

doua ca importanta sunt urmatoarele:

Redundanta: Deoarece probabilitatea ca doua componente ale unui proces sa cada in

acelasi timp este semnificativ mai mica decat probabilitatea caderii uneia dintre ele,

dublarea (sau triplarea) poate fi utilizata ca metoda pentru cresterea securitatii. Aceasta

inseamna utilizarea de elemente multiple hardware sau software, sau pur si simpluutilizarea de senzori multipli, folosind diferite tehnologii. In cazul unei singure erori,

chirurgul poate fi instiintat si/sau operatia anulata total. Din pacate, aceasta metoda este

insotita de o crestere a costului operatiei.


2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

59/63

ROBOTICA MEDICALA


STRATEGII PRIVIND SECURITATEA ROBOTILOR MEDICALI

Limitarea operatiei: deoarece probabilitatea de eroare creste cu complexitatea robotului,

este posibil de a face un sistem mai sigur prin limitarea functiilor acestuia. Aceasta poate

insemna limitarea numarului gradelor de libertate sau descompunerea unei miscari

complexe in miscari simple in lungul unei singure axe in acelasi timp. Robotul poate fi, de

asemenea, limitat in ceea ce priveste aria de actiune (spatiul de lucru) prin utilizarea unor

bariere fizice. Daca robotul este supravegheat de un chirurg, viteza de operare poate firedusa pana la limita la care medicul poate urmari procedura si o poate opri inainte de a fi

produsa o paguba, atunci cand ceva nu merge cum trebuie.


2009 - 2010

ROBOTICA MEDICALA

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

60/63

ROBOTICA MEDICALA


ALTE ASPECTE PRIVIND SECURITATEA ROBOTILOR MEDICALI

Desi se investeste mult timp si bani pentru cercetare in acest domeniu, nu se produc in

masa roboti medicali. O problema majora o constituie lipsa unui standard de securitate larg

acceptat, pe de o parte deoarece definitia securitatii depinde mult de aplicatie, iar pe de alta

parte deoarece o specificatie rigida, prea stricta, ar impiedica mersul inainte pe aceasta

directie. In plus, nu exista reguli clare privind responsabilitatea chirurgului sau a

producatorului robotului in caz de accident, impiedicand fabricantul sa aiba o imagine claraasupra situatiei. Un alt aspect ce se adauga la aceasta problema este ca producatorii

robotilor nu sunt dispusi sa dea toate specificatiile disponibile comitetelor medicale de

securitate.


2009 - 2010

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

61/63

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

62/63

8/15/2019 Curs2_BIOING_2010

63/63

Va multumesc pentru atentie!

Ne revedem saptamana viitoare!

Curs2_BIOING_2010

Documents

Transcript of Curs2_BIOING_2010