Témata
Reklama

Robotika ve zdravotnictví - další pokrok chirurgie

V závěru loňského roku se ve dvou pražských nemocnicích, v Ústřední vojenské nemocnici a v nemocnici Na Homolce, objevila nová zařízení, která jsou zajímavá nejen ze zdravotnického hlediska. Jde o "robota", který bude v Ústřední vojenské nemocnici zpočátku využíván v urologii k operacím nádorů prostaty, později i v jiných oborech, jako je gynekologie a břišní chirurgie. Zákrok pomocí tohoto zařízení představuje pro pacienta menší riziko než klasický otevřený přístup a umožňuje rychlejší návrat k běžnému životu.

Slovo "robot" bylo poprvé v dějinách použito v roce 1920 ve hře Karla Čapka R. U. R. (Rossums Universal Robots). Autor sám přesto není vynálezcem tohoto slova. Označení vymyslel jeho bratr Josef. Slovo robot následně nečekaně rychle zdomácnělo v různých světových jazycích.
Robot je ve světě vědy a techniky definován jako samostatně pracující stroj, vykonávající určené úkoly. Mezi stroje robotu podobné lze řadit:
  • manipulátor - stroj nemající vlastní inteligenci, který je zpravidla dálkově řízen;
  • droid - jakýkoliv inteligentní a samočinný robot;
  • android - robot podobný člověku;
  • kyborg (kybernetický organismus) - robot nebo android mající implantovaný mozek živé bytosti (tato bytost musela předtím existovat, stroj s biologickým mozkem není kyborg).
  • Z uvedeného je zřejmé, proč bylo v úvodu slovo robot uzavřeno uvozovkami. Nejedná se o robota v pravém smyslu tohoto slova, ale o dálkově řízený stroj bez vlastní inteligence - manipulátor s chirurgickými nástroji. Správným označením nově zaváděného systému je dálkově řízený miniinvazivní mikromanipulátor.
    Reklama
    Reklama
    Reklama

    Základ dala laparoskopie

    Impulz k vývoji podobných zařízení dala diagnosticko-léčebná metoda, označovaná jako laparoskopie. První laparoskopické vyšetření bylo provedeno v roce 1901 gynekologem D. Ottem v Petrohradě. V roce 1938 zavedl do břišní dutiny doktor Veress jehlu s bezpečnostním hrotem, která se s malými modifikacemi využívá dodnes. První laparoskopické odstranění žlučníku bylo provedeno až v roce 1987. Teprve pak se laparoskopie začala šířit do celého světa. U nás se s těmito operacemi začalo v roce 1991.
    Na rozdíl od klasické operace se rány rychle hojí a nezůstávají prakticky žádné jizvy. Nejdůležitější pro operovaného je, že se pro něj zkrátí pobyt v nemocnici a sníží se i riziko možných pooperačních komplikací.

    Vývoj miniinvazivní robotiky

    Vývoj robotických systémů začal zhruba od poloviny 80. let - tehdy šlo o projekty amerického úřadu pro vesmír a kosmonautiku (NASA), který přišel s konceptem telechirurgie. Cílem bylo zajištění řešení urgentních stavů kosmonautů při meziplanetárních letech, a to právě pomocí dálkově ovládaných robotických systémů. Přibližně ve stejné době měla americká armáda podobnou představu o léčebných zásazích na vojácích zraněných v průběhu válečných a bojových operací.
    Na konci devadesátých let jsou vyvíjené systémy postupně uvolňovány do civilního sektoru, a tak vzniká nový obor robotické chirurgie, který bude mít v budoucnu velký význam v léčbě pomocí miniinvazivních metod. Minimálně invazivní robotika spojuje odbornou práci chirurga s moderními technologiemi - mikromechanikou, trojrozměrnou vizualizací a počítačovým řízením. Jde o obor, který v současnosti nachází uplatnění zejména v urologii, gynekologii a hrudní chirurgii, rozšiřuje se i použití v oborech kardiochirurgie, cévní chirurgie, na obzoru se objevují i neurochirurgické aplikace.

    Špičkový systém daVinci

    Robotická operace prováděná pomocí systému daVinci výrazným způsobem usnadňuje provedení laparoskopického zásahu. Významnou odlišností je možnost precizního manévrování nástroji, zatímco všechny nástroje pro klasickou laparoskopii jsou poměrně neobratné díky jednoduchému pracovnímu nástroji a ještě jednoduššímu ručnímu "nůžkovému" ovládání. V případě robotického systému je nástroj umístěn na jakémsi "zápěstí", které umožňuje větší rozsah pohybů a dosah do míst, kde již klasickou laparoskopii nelze použít.
    Dalším vylepšením je synchronizace. Při klasické laparoskopii drží nástroj přímo ruka chirurga. Pokud nástrojem pohne dolu, v těle pacienta se nástroj přes páku pohybuje nahoru. Stejně tak je tomu při stranovém pohybu. Tím je narušena koordinace očí s pohybem rukou. Lékař tak nástroji manipuluje poměrně neobratně. U robotického systému tomu tak není. Přesný pohyb ruky je přenášen na stejný pohyb nástroje v operačním poli, a proto i zácvik na robotickém systému trvá kratší dobu, než si vyžaduje klasická laparoskopie.
    Operačními přístupy jsou malé řezy (do 10 mm), přes které je troakáry (trubice) zaveden optický systém a robotická ramena s nástroji. Nástroje jsou pomocí převodů a pohonů připojeny k počítačem řízenému mechanismu, který je ovládán operatérem. Chirurg v průběhu celé operace sedí u řídicí a ovládací konzoly poblíž pacienta. Optický systém zprostředkovává obraz s vysokou hloubkou rozlišení, zachovává prostorový 3D vjem a umožňuje výrazné zvětšení (až 15x), což spolu s naprostou eliminací třesu rukou umožňuje operaci na mikroskopické úrovni, protože systémem není umožněn prudký nechtěný pohyb. Pokud chirurg odhlédne z okuláru konzoly, nástroje se automaticky zastaví v poslední poloze.
    Pohyb rukou operatéra se přenáší z ovládací konzoly přes robotické rameno přímo na nástroje v operačním poli - tímto způsobem lze docílit nejjemnější manipulace nástroji, která je v klasické laparoskopii nemyslitelná. Všechny pohyby rukou a prstů chirurga jsou zpracovány a interpretovány počítačem tak, aby zpřesnily a zabezpečily bezpečný pohyb chirurgických nástrojů v těle pacienta.
    To vše přispívá k eliminaci pooperačních rizik a robotická operace tak výrazně překonává klasickou laparoskopii. Mikronástroje v operačním poli mají navíc na rozdíl od klasické laparoskopie dokonalou flexibilitu a schopnost 360° rotace.

    Technika systému

    Mikromechanický operační počítačový systém daVinci se skládá z chirurgické ovládací konzoly s integrovanou obrazovou částí umožňující prostorový vjem a zařízení u pacienta se čtyřmi robotickými rameny.
    Zobrazovací rameno je vybaveno dvěma tříčipovými kamerami, které vytvářejí stereoskopický pohled na operační prostor. Další ramena nesou mikrochirurgické nástroje, kterými se operuje. Na konci těchto ramen jsou pohyblivé klouby, tzv. endoskopická zápěstí. Nástroje umožňují širokou škálu úkonů - stříhání, řezání, stavění krvácení, šití a další. Protože i tyto nástroje podléhají opotřebení, mají deklarovanou životnost na přesný počet operací. Nástroje mají i vlastní paměť, takže při dosažení určitého počtu zákroků se automaticky pomocí čipu zablokují.
    Robotická ramena jsou s ovládací konzolou propojena pomocí mnohosetkanálového digitálního spojení. Tlustý propojovací kabel ovšem není nutnou podmínkou. V praxi již bylo ověřeno, že místo něj lze využít satelitního spojení. Při první transatlantické operaci v roce 2001 (USA - Francie) asistovalo téměř 80 lidí a vyšla na několik milionů dolarů. Proto se s tímto řešením v civilním lékařství zatím moc nepočítá a využívá se spíše pro prezentační účely.
    Přesný pohyb nástrojů je zajištěn pohony s krokovými motory a lankovým převodem. Díky mechanickému "zápěstí" mají nástroje vysokou pohyblivost, kterou lze srovnat s lidskou rukou. Pořizovací cena celého zařízení dosahuje 50 mil. korun.

    Výhody a uplatnění systémuVýhody použití robotického systému daVinci jsou na straně pacienta i chirurga. Lékař nemusí vykonávat často velmi časově náročný výkon fyzicky sám a je osvobozen od negativních jevů, jako je stres, třes rukou a únava. Na druhé straně pacientům zákrok způsobí menší trauma organismu, menší ztrátu krve, menší jizvy, minimální riziko infekce a v neposlední řadě i zkrácení hospitalizace, rychlejší uzdravení a návrat do běžného života.
    Operace je sice dražší než klasický výkon, avšak výsledný efekt je nevyčíslitelný. Zkrácení doby hospitalizace (až o 2/3) a minimalizace komplikací pak přináší i významný pozitivní ekonomický efekt.
    Robotickými systémy lze již v současnosti provádět více než 60 druhů operací. Patří mezi ně i takové výkony, jako je koronární bypass. Ve Francii se jimi provádějí operace u dětí s vrozenými srdečními vadami, kdy tento robotický systém umožňuje provedení zákroku jen ze tří přístupů velkých asi 5 mm, klasicky je operační rána dlouhá 10 - 15 cm. V Kanadě se stejnými přístroji operují bypassy na bijícím srdci , kdy se pacient vrací domů již druhý den po operaci.
    Zavedení robotické technologie je přelomem v chirurgických technikách. V současné době se navíc stále vyvíjejí nové chirurgické nástroje, které se miniaturizují a zvyšuje se jejich pohyblivost. V blízké budoucnosti lze očekávat i jejich propojení s navigačními systémy. To znamená, že operační nástroje budou automaticky navigovány na místa, kde jich je zapotřebí. Tyto systémy jsou schopny nahradit přímý kontakt rukou chirurga s orgány pacienta, nikdy však nenahradí jeho oči a mozek.
    Jiří Čumpelík
    O slově robot, dle K. Čapka:
    Slovo robot nevymyslel autor hry RUR, nýbrž toliko je uvedl v život. Bylo to tak: V jedné nestřežené chvíli napadla řečeného autora látka na tu hru. I běžel s tím za tepla na svého bratra Josefa, malíře, který zrovna stál u štafle a maloval po plátně, až to šustělo.
    "Ty, Josef," začal autor, "já bych měl myšlenku na hru."
    "Jakou," bručel malíř (opravdu bručel, neboť držel přitom v ústech štětec).Autor mu to řekl tak stručně, jak to šlo.
    "Tak to napiš," děl malíř, aniž vyndal štětec z úst a přestal natírat plátno.
    "Ale já nevím," řekl autor, "jak mám ty umělé dělníky nazvat. Řekl bych jim laboři, ale připadá mně to nějak papírové."
    "Tak jim řekni roboti," mumlal malíř se štětcem v ústech a maloval dál. A bylo to. Tím způsobem se tedy zrodilo slovo robot a budiž tímto přiřčeno svému skutečnému původci.
    060302
    jiri.cumpelik@mmspektrum.com

    Reklama
    Vydání #3
    Kód článku: 60302
    Datum: 10. 03. 2006
    Rubrika: Servis / Zajímavosti
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Made in Česko: Kde rostou srdce laserů

    Že se dá pěstovat kdeco, je jasné – žampiony ve sklepě počínaje a vzácnou orchidejí konče. A není vůbec vyloučeno, že se snadno stanete světově proslulými pěstiteli. Stačí, aby vaše orchidej chytila nějak výjimečnou, netypickou barvu nebo byla větší než jiné, a je to, budete v novinách a stanete se světově známým pěstitelem. Existuje však jedno pěstování, které na hobby úrovni realizovat a dosáhnout v něm světového věhlasu nelze. Jde o pěstování monokrystalů pro vědu, výzkum, inovace a průmysl.

    Made in Česko: Bezpečné bezdrátové spojení pro všechny

    Prognózy, které se týkají internetu věcí (IoT) a průmyslového internetu věcí (IIoT), se mění stejně rychle jako možnosti této technologie samy. Už v roce 2008 bylo na světě víc připojených zařízení než lidí a odborníci ze Světového ekonomického fóra (WEF) tvrdí, že do roku 2025 bude 41,6 miliardy zařízení zachycovat data o tom, jak žijeme, pracujeme, pohybujeme se, jak fungují naše zařízení, stroje.

    Stroje v pohybu:
    Divoká jízda sondy Pathfinder

    Sonda Mars Pathfinder, která 4. července 1997 přistála na rudé planetě, se může pyšnit několika prvenstvími. Třeba tím, že šlo o první mimozemský výsadek masově sledovaný uživateli internetu. Nebo tím, že jako první dopravila na Mars kolové průzkumné vozidlo, rover Sojourner.

    Související články
    Stroje v pohybu: Protipožární letadlo

    Uprostřed letošního léta byl národní park České Švýcarsko zasažen rozsáhlým lesním požárem, proti němuž zasahovali hasiči z celé republiky. Velké pozornosti se v této souvislosti dostalo mimo jiné protipožárním letadlům Canadair CL-415, zapůjčeným z Itálie. Pojďme si tento letoun blíže představit.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Stroje v pohybu: Raketa, která změní svět

    Americký podnikatel Elon Musk se od založení své firmy SpaceX v březnu 2002 netají tím, že jeho dlouhodobým cílem je kolonizace Marsu člověkem. Již letos přitom plánuje uskutečnit premiérový start orbitální rakety Starship, která mu má tento cíl pomoci splnit.

    Stroje v pohybu:
    Fotoprůzkumné družice

    Za druhé světové války přinášely informace z fronty filmové týdeníky, při první válce v Perském zálivu vysílala živě CNN z bombardovaného Bagdádu – a nyní na Ukrajině má veřejnost poprvé v historii k dispozici prakticky v reálném čase družicové snímky. Navíc neskutečné kvality. Každopádně jde o materiál, který umožňuje potvrdit, nebo naopak vyvrátit mnohá tvrzení válčících stran.

    Stroje v pohybu:
    Webbův teleskop ve vesmíru

    Pětadvacátého prosince loňského roku odstartovala z evropského kosmodromu ve Francouzské Guyaně raketa Ariane 5, v jejímž nákladovém prostoru byl na svou misi připraven vesmírný dalekohled Jamese Webba. Právě začala nová etapa poznávání vesmíru. Vědci si od ní slibují nové informace o vzniku vesmíru, černých dírách a temné hmotě.

    Stroje v pohybu – Pražská mobilní zvonohra

    Tentokrát vám představíme stroj veskrze zvláštní a jedinečný. Vlastně jde o hudební nástroj. Je to však takový nástroj, jehož schopnost hýbat se je jen velmi obtížně představitelná, i když má v názvu slovo „mobilní“. Je to totiž zvonohra, jejíž hlavní součástí je soubor 57 zvonů. Jen samy zvony váží dohromady bezmála pět tun, hmotnost celého nástroje je 12 000 kg. Takový kolos byste čekali spíš v mohutných zdech chrámové věže než na korbě nákladního automobilu.

    Stroje v pohybu – Vrtulník na Marsu

    Vědci a technici z amerického Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) právě řídí jednu z nejnáročnějších operací v dějinách kosmonautiky. Expedice Mars 2020 hledá známky bývalého života na sousední planetě. Kromě pojízdné laboratoře je na Marsu také první stroj, který létá vlastní silou na jiné planetě, než je Země.

    Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 7. díl: Bezpečnost trakčních baterií

    V tomto díle se zaměříme na další problematickou stránku elektromobilů, na jejich bezpečnost. Oč nám půjde především, jsou rizika spojená s možným vzplanutím trakční baterie. Jak totiž v rozhovoru pro KdeNabíjet.cz uvedl plk. Mgr. Rudolf Kramář, mluvčí Hasičského záchranného sboru ČR, pokud požár elektromobilu nezasáhne trakční baterii, pak neexistuje významnější rozdíl mezi požárem bateriového elektrického vozidla a toho s klasickým spalovacím motorem. Jakmile však baterie vzplane, ať už jsou toho příčiny vnější anebo vnitřní, vyžaduje si uhašení elektromobilu rozdílné, a nutno říct, že komplikovanější a nákladnější hasičské techniky a další navazující postupy.

    Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 3. díl: Energetický mix České republiky

    V minulém díle jsme upozornili na tu skutečnost, že elektromobily lze za vozidla s nízkými anebo nulovými emisemi skleníkových plynů považovat pouze podmíněně a že jednou z takových podmínek je energetický mix dané země. To jsme ilustrovali na rozdílných emisích bateriových elektrických automobilů mezi Řeckem (155,3 g CO2/km) a Švédskem (4,1 g CO2/km). V tomto díle se zaměříme právě na energetický mix, jak všeobecně, tak v souvislosti s očekávaným postupným přechodem na elektromobilitu.

    Úspory naruby - Pravda a lži o vytápění, 2. část

    S neustálým zdražováním energií se mnoho obyvatel ptá, čím ekologicky a současně i ekonomicky, tedy levně a s účinností pokud možno přes 100 %, vytápět svůj rodinný dům?

    Made in Česko - Vodu nejen pro poušť

    S.A.W.E.R. To je název vskutku geniálního zařízení na hranici skutečnosti a sci-fi, které bude ve velmi suchých oblastech generovat ze vzduchu vodu a posléze kultivovat místní půdu v úrodnou zemi. Zařízení již existuje a veřejnosti bude představeno na výstavě Expo 2020 v Dubaji. A stejně jako další neuvěřitelné patenty, které vám představujeme v tomto seriálu, i S.A.W.E.R. je výhradně dílem českých hlav a českých rukou.

    Vyvíjí se nový solný reaktor

    Ruští vědci zahajují přípravu koncepce reaktoru chlazeného tekutými solemi, který je považován za nezbytnou součást budoucnosti jaderné energetiky. Tento reaktor je totiž schopen spalovat nejrizikovější radioaktivní odpady pocházející nejen z jaderné energetiky. Dále se připravuje tendr na výstavbu reaktoru BREST-300, který také přispěje k řešení problému použitého jaderného paliva.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit