Robin – naprawiacz serc

Robin – naprawiacz serc

Polski robot Robin Heart niweluje nie tylko drżenie rąk kardiologa

Współczesny chirurg ma do dyspozycji coraz więcej nowoczesnych elektronicznych narzędzi, dzięki którym może operować pacjenta nawet z sąsiedniego pomieszczenia albo z innego kontynentu. Fizycy i inżynierowie tworzą coraz precyzyjniejsze roboty i urządzenia laparoskopowe, które wspomagają lekarzy, korygują ich błędy, podpowiadają właściwe rozwiązania, a co najważniejsze, umożliwiają mało inwazyjne operacje. Pacjent nawet po trudnych zabiegach na sercu czy innych narządach wewnętrznych może mieć tylko niewielkie blizny i szybko wraca do formy.

Przez dziurkę od klucza
– Operacje chirurgiczne kojarzą się z rozcinaniem ciała, łamaniem żeber, bliznami i bólem. W czasie zabiegu chirurg wycina chorobowo zmienione tkanki, usuwa nieprawidłowe elementy, a potem zespala to, co zostało po drodze rozcięte lub rozerwane. Na szczęście co roku wzrasta liczba zabiegów wykonywanych tzw. techniką mało inwazyjną. Na czym ona polega? Chodzi o to, żeby nie niszczyć tkanek sąsiednich poprzez szukanie wygodnego „dojścia”. Takie operacje wymagają wykonania tylko trzech-czterech niewielkich, około centymetrowych otworów w skórze, zabezpieczanych specjalnymi tulejkami, przez które do wnętrza ciała pacjenta wprowadzane są narzędzia chirurgiczne i kamera. Długie „ramiona” wzmacniają drgania dłoni operatora i likwidują naturalne wrażenie dotyku. Chirurg zamiast na pole operacyjne patrzy na umieszczony z boku monitor, na który kamera przekazuje obraz wnętrza ciała – mówi dr Zbigniew Nawrat, szef zabrzańskiej Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii.
Robotyka to bardzo dynamicznie rozwijająca się gałąź bioinżynierii medycznej. Dzięki niej pojawiły się narzędzia zszywające, które działają na podobnej zasadzie jak zszywacze biurowe czy noże harmoniczne z drgającym z wielką częstotliwością ostrzem, które „przypalając” lekko tkanki, zapobiegają krwawieniu. Komputer wchodzi pomiędzy dłoń chirurga i ciało pacjenta. Zabrzańska fundacja powstała w 1991 r., a od 2000 r. pod okiem Zbigniewa Nawrata, fizyka przez kilka lat pracującego nad programami sztucznego serca i innych narządów, prowadzi intensywne prace nad robotami medycznymi. Najważniejszym produktem naukowców fundacji jest Robin Heart, który ma wspomagać operacje na sercu.

Doskonały polski robot
Pierwsze operacje kardiochirurgiczne przy użyciu robota przeprowadzono w Stanach Zjednoczonych w 1998 r. Robot nazywał się Zeus, potem stworzono Da Vinci, dzięki któremu przeprowadzono do tej pory ok. 600 udanych zabiegów bez konieczności otwierania klatki piersiowej. Są wśród nich eksperymentalne operacje przeprowadzane na odległość. Polski Robin Heart jest jedynym konkurentem Da Vinci. Od kilku lat jest udoskonalany i istnieje szansa, że w ciągu trzech lat może stać się narzędziem dostępnym w polskich klinikach.
Robin Heart może stać się wyjątkowym asystentem chirurga, który nie tylko pomoże mu w operacji, ale także przeanalizuje na bieżąco sytuację, poda historię choroby pacjenta, a nawet pomoże w podjęciu decyzji.
Konstrukcja Robin Heart składa się z dwóch ramion narzędziowych. Każde ma możliwość wykonywania trzech ruchów. Narzędzie operujące umieszczone jest na 40-centymetrowym pręcie, który wprowadza je do ciała pacjenta. Odległość pomiędzy ścianą klatki piersiowej a sercem jest bardzo mała – ok. 2,3 cm – więc najważniejszą sprawą była ruchliwość narzędzia. Końcówkę Robina, niespełna centymetrową, wyposażono aż w dwa stawy przypominające funkcjami dwa przeguby ludzkiej ręki – łokieć i nadgarstek. Wewnątrz pręta są umieszczone linki i silniczki napędzające. Podczas operacji konieczna jest wymiana narzędzi i to było wyzwanie dla polskich konstruktorów. Stworzyli narzędzie wielofunkcyjne, niemające na świecie konkurencji. To tzw. scyzoryk, który może wykonywać różne czynności (nożyczek, skalpela, chwytaka i in.) bez konieczności wymieniania końcówki. Absolutną nowością jest też przygotowywane oprzyrządowanie do mało inwazyjnego wszczepiania komór wspomagania serca. Lekarz posługuje się specjalnym dżojstikiem i widzi wnętrze pacjenta na ekranie komputera. Jednocześnie może wydawać Robinowi komendy głosem, a także kazać mu, nie przerywając operacji, przywołać na ekran dane z historii choroby, obraz symulacji operacji lub obraz diagnostyczny. Tak wielofunkcyjny robot cieszy się dużym zainteresowaniem chirurgów, którzy biorą udział w cyklicznych szkoleniach i prezentacjach prowadzonych przez fundację. Bo ta nowa technika wymaga nowych przyzwyczajeń chirurga. Komputery będą dostosowane osobiście do każdego lekarza, który posługując się własną kartą identyfikacyjną, będzie rozpoznawany przez urządzenie. A to niezwykle ważne, bo przecież każdy chirurg ma swój indywidualny sposób prowadzenia narzędzi i oczywiście niepowtarzalny głos.
– Mam nadzieję, że sternotomia, czyli szerokie otwarcie klatki piersiowej, i w ogóle otwieranie ciała pacjenta przejdą za kilka lat do historii – mówi Zbigniew Nawrat. – Prócz prac konstruktorskich i badań eksperymentalnych myślimy też o stworzeniu bazy naukowców zainteresowanych robotyką medyczną. Gdy zaczynaliśmy, nikt w Polsce się tym nie interesował. Obecnie większość polskich politechnik pomaga prowadzić nam badania i zachęca studentów do zajęcia się tą dziedziną. Już w tej chwili mamy bazę ok. 100 dobrze przygotowanych fachowców do podjęcia pracy przy robotach medycznych i spokojnie moglibyśmy w Polsce uruchomić nowoczesną fabrykę takich urządzeń.

Strzała Robina
Aby lepiej zmotywować młodych konstruktorów do myślenia, fundacja przeprowadziła konkurs Roboty Medyczne 2006. Zgłoszono 12 prac na temat usprawnień w robotach. Kilka z nich dotyczyło mocowania robota do stołu operacyjnego – to bardzo ważny problem ze względu na stabilność urządzenia. Inne poruszyły ulepszenia końcówek wprowadzanych do ciała pacjenta, ruchliwości narzędzi, mówiono też o robotach wspomagających np. opiekę nad pacjentem.
Główną nagrodę, Statuetkę Robina, otrzymał Wiktor Sieklicki, student Politechniki Gdańskiej, za projekt robotycznego mikronadgarstka dla potrzeb chirurgii laparoskopowej.
– Najmniejsze dostępne w tej chwili narzędzia laparoskopowe mają średnicę zewnętrzną ok. 5 mm. Moim celem jest zmniejszenie tej średnicy do 2 mm, co będzie bardziej użyteczne np. przy operacjach na dzieciach oraz w pewnych trudniej dostępnych obszarach ciała – mówi autor projektu. – W założeniu to urządzenie ma być montowane na końcu igłowego narzędzia laparoskopowego podobnie do nadgarstka w ręku i zwiększy możliwości poruszania końcówką roboczą narzędzia. To urządzenie może być wykorzystywane w igłoskopii. Było bardzo trudne do zaprojektowania, ale przeszło wszelkie testy i zostało zakwalifikowane do produkcji we włoskim zakładzie Elettra w Trieście.
Nagrody rozdano przy okazji konferencji, podczas której również publiczność mogła wybrać najciekawsze prace. Publiczność przyznała dwie Strzały Robina – Maksymilianowi Woźniakowi za robota Saraptor i Łukaszowi Frącczakowi za analizę problemu przekazywania obrazu podczas operacji chirurgicznych.
Robot Saraptor, który wykonał kilka kroków podczas prezentacji, wzbudził powszechną sympatię i zainteresowanie uczestników konferencji.
– Dotychczas produkowane roboty mają kilka wad, które chcę wyeliminować w swojej konstrukcji. Dla mojego robota nie będzie problemem samodzielne poruszanie się i pokonywanie barier architektonicznych. Pracuję też nad wydłużeniem czasu pracy baterii oraz taką konstrukcją, która będzie bardzo prosta w sterowaniu. To ambitna praca, zacząłem ją w lutym tego roku i jestem bliski osiągnięcia swoich zamierzeń – przyznał Maksymilian Woźniak, student Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.
– Maksymilian dostał nagrodę także za swoje zaangażowanie i pasję, które są bardzo potrzebne młodym naukowcom. Jestem przekonany, że będzie o nim głośno w polskim świecie naukowym za parę lat – uważa Zbigniew Nawrat. – Trzeba dodać, że zaangażowaliśmy też młodych ludzi do zaprojektowania samej statuetki. Uczniowie Liceum Plastycznego w Zabrzu najpierw zwiedzili pracownie fundacji, przyjrzeli się urządzeniom, a potem wymyślili wzory Robina. Wybraliśmy bardzo oryginalną pracę drugoklasistki Magdy Komandy.

Operacja przez ocean
W 2001 r. dzięki superszybkim łączom teleoperator usunął pęcherzyk żółciowy chorej leżącej na stole operacyjnym we francuskim szpitalu, podczas gdy chirurg kierujący jego ruchami znajdował się w Nowym Jorku. Ten eksperyment dowiódł, że w przyszłości będzie można operować w ten sposób np. kosmonautów na Marsie albo żołnierzy w rejonie walk.
– Wszelkie nasze badania mają na celu zwiększenie dokładności i sprawności operacji przeprowadzanych wewnątrz ludzkiego ciała, a zwłaszcza na bijącym sercu. Jeśli robot wprowadzony między dłoń chirurga a końcówkę narzędzia będzie miał inteligentny program, usunie drżenie ludzkiej dłoni czy przeskaluje ruch tak, że kilkucentymetrowe przesunięcie ręki człowieka spowoduje ruch końcówki narzędzia o kilka milimetrów. Takiego robota inżynierowie nazywają teleoperatorem. Zwiększa on precyzję chirurga i pozwala na operowanie pacjenta na odległość.
Zanim Robin Heart stał się tak wszechstronny, trzeba było spędzić wiele godzin przed komputerem i wykonać sporo modeli, m.in. model na ramieniu sferycznym i model typu „trąba słonia”. Operując serce „przez dziurkę od klucza”, można poruszać narzędziami tylko w niewielkiej przestrzeni uzyskanej dzięki pompowaniu do klatki piersiowej dwutlenku węgla i wykorzystaniu narzędzi rozciągających. Dlatego szczególną wagę przywiązuje się więc do ruchliwości końcówek. – Zabiegi chirurgiczne wykonywane są za pomocą coraz lepszych narzędzi, ale to pewna dłoń, doświadczenie i wyobraźnia chirurga stanowią o sukcesie operacji. Roboty nie zmienią tego, przynajmniej na razie. Są jedynie narzędziem, które umożliwia bezpieczne wykonanie operacji przez lekarza oddalonego od stołu chirurgicznego – podsumowuje swoje dotychczasowe działania Zbigniew Nawrat.

___________________

Pierwszy robot stanął za stołem operacyjnym obok chirurga w 1994 r. AESOP 1000 (Auto Endoscopic System for Optimal Positioning) był pierwszym na świecie mechanicznym asystentem. Został skonstruowany przez firmę Computer Motion (Goleta, CA) i do dziś był stosowany ponad 100 tys. razy. Obecnie zastąpił go nowocześniejszy robot Da Vinci.
___________________

 

Wydanie: 51-52/2006

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy