Εφαρμογή της Ρομποτικής στην Επιστήμη της Ιατρικής - Χειρουργική

Abstract

Κάθε επιστήμη δημιουργείται και εξελίσσεται με σκοπό τη βελτιστοποίηση της ζωής του ανθρώπου. Η Ρομποτική βοηθά ή και αντικαθιστά τον άνθρωπο σε εργασίες οι οποίες είναι δύσκολο να εκτελεστούν λόγω των περιορισμένων μας δυνατοτήτων σε ταχύτητα, ακρίβεια, επαναληψιμότητα και «επεξεργαστική ισχύ». Έχοντας βρει εφαρμογή σε ερευνητικά κέντρα, βιομηχανία, καθημερινότητα και εκπαίδευση, η ρομποτική κατακτά σταδιακά και τον ιατρικό κόσμο. Το εύρος των εφαρμογών είναι μεγάλο: Ρομπότ κινητικής αποκατάστασης, βοήθειας ηλικιωμένων και ατόμων με ειδικές ανάγκες, συστήματα Cloud Robotics για την παρακολούθηση ανάρρωσης ασθενών και ρομποτικά καθοδηγούμενη χειρουργική είναι μερικές από τις χρήσεις των ρομπότ στην ιατρική που καλούνται να καλύψουν τις σύγχρονες ανθρώπινες ανάγκες για ταχεία ανάρρωση και επιστροφή στην καθημερινότητα. Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας γίνεται διερεύνηση και αξιολόγηση ρομποτικών χειρουργικών συστημάτων που υπάρχουν και χρησιμοποιούνται ανά τον κόσμο. Μέσα από αναδρομή στην τριάντα μόλις ετών ιστορία της ρομποτικής χειρουργικής, φαίνεται η αλλαγή στην φιλοσοφία σχεδιασμού των συστημάτων και η παράλληλη εξέλιξη του κλάδου μαζί με άλλες επιστήμες όπως τα Γραφικά Υπολογιστών, η Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας, η Μηχανική Εκμάθηση, η Τεχνολογία Μηχανολογικών Υλικών, τα Συστήματα Ελέγχου Αυτοματισμών και τα λογισμικά CAD. Προκειμένου να γίνει κατανοητή η ανάγκη ύπαρξης των ρομπότ στον ιατρικό κόσμο, αναφέρονται οι χειρουργικές ειδικότητες στις οποίες χρησιμοποιούνται και η πληθώρα πλεονεκτημάτων που προσφέρουν, καθώς μέσα από καινοτόμες τεχνικές αντιμετωπίζονται οι περιορισμοί της λαπαροσκοπικής χειρουργικής η οποία αποτελεί εξέλιξη της κλασσικής ανοιχτής χειρουργικής. Ακολουθεί η αξιολόγηση των συστημάτων αυτών από αντικειμενική σκοπιά και αναφορά σε έρευνες που έχουν διεξαχθεί από ειδήμονες του κόσμου της οικονομολογίας, της ιατρικής και της στατιστικής. Επιπλέον γίνεται επεξήγηση επιστημονικής ορολογίας και χρήση μαθηματικών εξισώσεων, έτσι ώστε να διατηρηθεί η ακαδημαϊκή προσέγγιση του θέματος. Κατόπιν η εργασία εστιάζει στην αναλυτική παρουσίαση τριών ρομποτικών χειρουργικών συστημάτων, εκ των οποίων τα δυο χρησιμοποιούνται και στον Ελλαδικό χώρο από διάφορα θεραπευτήρια. Το πρωτόκολλο ενός τέτοιου είδους χειρουργείου και η περιγραφή του χώρου εργασίας, των χειρουργικών εργαλείων που προσαρμόζονται πάνω στο ρομπότ, του λογισμικού που χρησιμοποιείται και της ιατρικής ομάδας βοηθούν να γίνει κατανοητή η επεμβατική διαδικασία με τη χρήση αυτής της τεχνολογίας. Επιπλέον παρουσιάζεται το τρισδιάστατο σχέδιο ενός από τα ρομπότ, που δημιουργήθηκε στο λογισμικό Solidworks, στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας, προκειμένου να αναλυθεί η κινηματική του. Η αξιολόγηση κάθε συστήματος γίνεται με τη σύγκριση των τεχνικών χαρακτηριστικών και των δυνατοτήτων των ρομποτικών συστημάτων που αναγράφονται στα επίσημα τεχνικά εγχειρίδια των κατασκευαστικών οίκων σε σχέση με μακροσκοπικές αλλά και μεμονωμένες στατιστικές μελέτες που έχουν διεξαχθεί με πρωτοτυποποιημένες διαδικασίες από χειρουργούς που έχουν χρησιμοποιήσει τα συστήματα αυτά. Εξετάζονται τυχόν μετεγχειρητικές επιπλοκές και τυχόν δυσκολίες που προέκυψαν κατά την διάρκεια της επέμβασης με τη χρήση ρομπότ. Αναφορά γίνεται σε μελλοντικές εξελίξεις που βρίσκονται υπό δοκιμή σε ερευνητικά κέντρα και κατασκευαστικές εταιρίες χειρουργικών ρομπότ. Τέλος, εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με την αξιοπιστία των χειρουργικών ρομπότ και τη συνεισφορά τους στη βελτίωση της ποιότητας ζωής των ανθρώπων.

Each and every science is created and developed in the purpose of optimizing human life. Robotic applications help or even replace human beings in tasks that our abilities such as speed, accuracy, repeatability and strength are limited. Thus, Robotics is well established in research centers, industry, education, everyday life and it is about to conquer the medical world. The range of applications is vast: joint movement rehabilitation, supervision of the elderly and people with special needs, patient recovery follow-up progress systems, cloud robotics and computer aided surgery, are some of the challenges in medical industry that robots are being invoked for the modern word human demand for fast recovery and return to daily routine. The objective of this Master's Degree Thesis is to investigate and evaluate global robotic surgery applications and surgical machines. Through only thirty years of development history, surgical robots shifted their design philosophy and evolved at the same time due to other sciences progress, such as Computer Graphics, Digital Image Processing, Machine Learning, Material Science, Automation Control Systems and CAD Software Applications. In order to establish the need of Robotics in the Medical Word, several surgical fields which use robots are presented, accompanied by the majority of advantages they have to offer, as the use of innovative techniques, overcomes the restrictions of laparoscopic, MIS and classical open surgery. With a skeptical perspective, robotic surgery systems are evaluated through reference in research that has been conducted by experts in the fields of economics, medical and statistics. In addition, scientific terminology is being analyzed and the use of mathematical equations is mandatory, in order to sustain an academic approach of the matter. Hence, the paper presents in detail three different robotic surgery systems, two of which are being used in Greek territory by several health centers. In order to better understand each system, the protocol of surgical procedures, the sterile room layout, the tools that are being attached on the robot, the software of the application and the medical team are being presented. Each robotic system evaluation is a comparison of the technical characteristics and the features that are being referred in the official user's manual guides versus the macroscopic and independent studies that have been conducted by surgeons who used surgical robots in the field. Examination of any postoperative complications and difficulties using robots during surgery is reported in a standardized method. There is also reference in future evolution of applications that are being tested in several research centers and medical equipment institutes. To summarize this paper, conclusions are being discussed, about surgical robot dependability and their contribution to human life improvement.