مقاله ارزیابی و توسعه سامانه های جراحی رباتیک

word قابل ویرایش
15 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

ارزیابی و توسعه سامانه های جراحی رباتیک

چکیده

سامانه جراحی رباتیک۱ در واقع استفاده از ابزاری است که با بهره گیری از بازوهای رباتیک و سیستم های مکاترونیکی۲ و توانایی ترکیب جنبههای مختلف جراحی در یک مکان و یک زمان، حرکت دست جراح را بسیار دقیق به درون بدن بیمار منتقل کرده و تصاویر هنگام عمل را با استفاده از تکنیکهای پیشرفته پردازش داده ها به صورت واضح و شفاف در اختیار جراح قرار میدهد و بدین سبب باعث افزایش سرعت، دقت و تمرکز و کاهش لرزش دست جراح درحین انجام عمل جراحی کم تهاجمی۳ (اعمال جراحی با حداقل آسیب)، می شود.

در این نوشتار سعی شده است تا نحوه شکل گیری، بکارگیری و توسعه سامانه های جراحی رباتیک از ابتدا تا بکارگیری این سامانه ها جهت انجام اعمال جراحی از راه دور۴ و حتی انجام اعمال جراحی رباتیک خودکنترل و هوشمند۵ مورد ارزیابی قرار گیرد. در این میان به نحوه ساختار و نحوه تجاری سازی چندین نوع از رباتهای جراح از جمله سامانه جراحی رباتیک ربات داوینچی۶ نیز پرداخته شده است.

همچنین جهت بررسی نقطه نظرات جراحان در زمینه استفاده و کاربرد سامانه های جراحی رباتیک و ارزیابی و توسعه این حوزه از فناوری در کشور عزیزمان، پرسش نامه ای تهیه و در اختیار تعدادی از جراحان نمونه قرار داده شد و نتایج حاصل نیز در انتهای نوشتار مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت.

کلمات کلیدی: سامانه جراحی رباتیک، جراحی کم تهاجمی، جراحی از راه دور، سامانه جراحی خودکنترل و هوشمند، ربات داوینچی.

.۱ مقدمه

ربات یک ماشین (معمولا هوشمند) است که قادر است در شرایط خاصی که در آن قرار می گیرد، کار تعریف شده ای را انجام دهد و همچنین قابلیت تصمیم گیری در شرایط مختلف را نیز ممکن است داشته باشد]١.[ امروزه از ربات ها جهت انجام کارهای پزشکی بخصوص در انجام اعمال جراحی نیز استفاده می شود.

جراحی نیز طبق تعریف فرهنگ پزشکی دورلند۷، شاخه ای از پزشکی است که بیماری ها، آسیب ها و ناهنجاری ها را با روش های استفاده از عمل و دست درمان می کند]١.[ طی دهه های گذشته، جراحی با حداقل آسیب به بافت های سالم به عنوان یک گزینه جذاب برای فرآیندهای جراحی باز رایج، پدیدار شده است.

 

١

جراحی رباتیک در بسیاری از کشورها تازه است و چالشی بزرگ در جراحی ایجاد کرده است. معرفی ربات جراح به اتاق عمـل یک کشف تکنولوژی همراه با کشف پزشکی در ایجاد روش جراحی جدیـد اسـت و سـبب بهبـود کیفیـت و نتیجـه جراحـی میشود]٢.[ عوامل متعددی شامل نبود دسترسی کافی، مشاهده دوبعدی، درک عمق کـاهش یافتـه، محـدودیت در قابلیـت مانور ابزار، کاهش چابکی و بازخورد لامسه ای۱ تضعیف شده، همگی محدودیتهای منحصر به فردی هستند که انجام جراحی توسط ربات ها را برای جراحان آموزش دیده در رویکردهای باز سنتی، تبدیل به چالش نموده است.

ربات ها به دلایل جبران نمودن محدودیتهای ذکر شده و همچنین به علت دارا بودن شرایط زیر در کاربردهای پزشکی نیز قابل توجه هستند]٢: [

• دقت بالا در حد میلی یا حتی میکرو

• خستگی ناپذیر بودن

• افزایش ایمنی، بهره و کیفیت
• انجام همزمان چند کار در یک لحظه

• فراهم ساختن سیستمی متشکل از تجهیزات ارتباطی و شبکه

• امکان انجام کار از راه دور (جراحی از راه دور) و حتی خودکنترل و هوشمند سازی آنها

۲٫ پیشینه بکارگیری سامانه های جراحی رباتیک در انجام اعمال جراحی

در یک نگاه کلی میتوان سیر تکاملی روش های بکارگیری ابزار جراحی را از روش جراحی باز (روش سنتی) تا روش جراحی نانو رباتیک۲ را بصورت شکل (۱) نمایش داد.

شکل :۱ سیر تکاملی بکارگیری ابزارجراحی از روش جراحی باز (روش سنتی) تا روش جراحی نانو رباتیک]٣[

در روش جراحی باز محل جراحی دیده میشود و جراح به کمک وسیله کوچکی که در دست دارد و نیز دست خود، جراحی را انجام دهد؛می اما این شیوه شدیداً تهاجمی است، خطر خونریزی و عفونت زیادی دارد، دوره بهبود بیمار طولانی است، هزینه ها بیشتر است و بیمار باید مدت زیادتری در بیمارستان بماند و جای زخم هم برای مدتها با او خواهد بود]٢.[ اما سالها پیش دانشمندان توانستند یک جایگزین برای این شیوه جراحی بیابند که اولین آناهاندوسکوپی۳ و روش جراحی

٢

لاپاروسکوپی۱ (که جراحی با حداقل تهاجم نامیده می شود و در آن جراحی شکم در مقایسه با برش های بزرگتر مورد نیاز در روش های جراحی مرسوم، از طریق برش های کوچک (معمولا ۵ تا ۱۰ میلی متر) صورت می گیرد.) است]٢.[ شکل (۲) مقایسه بین جراحی به روش باز و جراحی به روش لاپاروسکوپی را نشان می دهد.

شکل :۲ مقایسه جراحی به روش باز و جراحی به روش لاپاروسکوپی]٢[

اندوسکوپی نیز یک واژه کلی است و معنی آن دیدن درون بدن است؛ اما به کمک آن میتوان جراحی هم انجام داد. امروزه در این روش به جای بازکردن محل جراحی، ۲ یا ۳ سوراخ ایجاد میکنند، از درون یکی ازهاآنیک اسکوپ۲ به داخل بدن میفرستند]۴.[ در شکل (کاربرد(۳ ربات نگهدارنده اسکوپ به جای دستیار جراح۳ نمایش داده شده است.

شکل ۳استفاده: از ربات نگهدارنده اسکوپ به جای دستیار جراح]۴[

در سال ۱۹۸۸، جراحی های کم تهاجمی با استفاده از دوربین های کوچکی که از طریق سوراخهای کوچک وارد بدن بیمار شدند، انجام شدند]۴.[ در حال حاضر جراحی رباتیک با جراحی باز رقابت میکند و در جراحی رباتیک دیگر لرزش دست جراح وجود ندارد و حرکات اضافی کاهش پیدا کرده است]۵.[ در جراحی باز و لاپاروسکوپی، لرزشهای دست جراح ممکن است خطرناک باشد ولی در روش رباتیک، دستگاه لرزشهای دست را به ادوات جراحی منتقل نمیکند.

نانوربات۴های جراح نیز در جراحی های مینیاتوری۵، میتوانند از راه سیستم عروقی وارد بدن بیمار شوند یا میتوان آنها را مستقیما حتی با استفاده از تزریق مستقیم، وارد حفرات بدن کرد]۶.[ یک نانوربات به طریقه برنامهریزی شده یا تحت کنترل

 

٣

جراح میتواند نقش یک جراح نیمه مستقل را در محل مورد نظر ایفا کند. این وسیله میتواند به جستجوی آسیب بپردازد و به کمک رایانه و جراح ناظر آن را تشخیص دهد و با استفاده از فناوری نانو آن را ترمیم کند]۶.[ امروزه جراحیهای نانوی اولیه در سطح سلول قابل انجامند]۶.[ این رباتهای کوچک وقتی در ابزار جراحی ظریف به کار میروند پتانسیل بالایی دارند. در جدول شماره (۱) مقایسه توانایی ها و محدودیت های انسان و ربات در کاربردهای جراحی صورت گرفته است.
جدول شماره :۱ مقایسه توانایی ها و محدودیت های انسان و ربات در کاربردهای جراحی]۵[
ردیف جراح توانایی ها محدودیت ها

رای و تشخیص بسیار خوب خستگی پذیر و امکان کم دقتی

هماهنگی چشم و دست عالی وجود لرزش در حرکات ظریف

۱ انسان جراح مهارت بسیار خوب (در مقیاس های طبیعی انسانی) محدودیت در توانایی دستی و مهارت در خارج از مقیاس های طبیعی

توانایی یکپارچه سازی و عمل بر اساس منابع اطلاعاتی مختلف دقت هندسی محدود و سختی استریلیزاسیون

رفتار ساده و دارای استعداد و توانایی های بالبداهه تاثیرپذیر از امواج رادیواکتیو و عوامل عفونی

دقت هندسی بسیار عالی رای و تشخیص ضعیف

خستگی ناپذیر و پایدار مشکل در انطباق با شرایط جدید

۲ ربات جراح مقاوم در برابر تشعشعات زیان آور مهارت محدود

قابل طراحی برای عملکرد در مقیاس های متفاوت و بارهای مختلف هماهنگی چشم و دست محدود

توانایی یکپارچه سازی اطلاعات از منابع مختلف جمع آوری شده توانایی محدود در یکپارچه سازی و تفسیر اطلاعات پیچیده

در جدول شماره (۲) یک مقایسه زمانی بین روش جراحی سنتی با روش جراحی رباتیک صورت گرفته است.

جدول شماره :۲ مقایسه زمانی بین روش جراحی سنتی با روش جراحی رباتیک]۵[
ردیف فاکتورها جراحی به روش سنتی جراحی به روش رباتیک

۱ مدت زمان لازم جهت انجام عمل جراحی سه ساعت دو تا چهار ساعت

۲ مدت زمان بستری بیمار در بیمارستان سه روز یک روز

۳ مدت زمان اتصال بیمار به سوند فولی۱ چهارده روز هفت روز

۴ مقدار خون از دست رفته بیمار ششصد میلی لیتر کمتر از صد میلی لیتر

۵ زمان لازم جهت بهبودی بیمار چهار تا شش هفته دو تا سه هفته

-۱-۲ سامانه جراحی رباتیک ربات داوینچی

در سال ۱۹۸۵، برای قراردادن یک سوزن جهت نمونهبرداری از بافت مغز با استفاده از راهنمایی سی تی۱، رباتی به نام پوما۲ مورد استفاده قرار گرفت]١٧,۵.[ در سال ۱۹۸۸، رباتی به نام پروبوت۳ در امپریال کالج لندن ارائه شد که برای انجام عمل جراحی پروستات مورد استفاده قرار گرفت]١٧,۵.[ در سال ۱۹۹۲، ربات روبوداک۴ از شرکت سیستمهای یکپارچه جراحی۵، به منظور تنظیم اتصالات دقیق در استخوان ران برای جایگزین کردن لگن ارائه شد]۵.[ توسعه بیشتر سیستمهای رباتیک، توسط موسسه کامپیوتر موشن۶ و با سیستمهای جراحی رباتیک آندوسکوپیک خودکار برای تعیین بهینه موقعیت۷ و زئوس۸ و نیز اینتویتیو سرجیکال۹ با نمونه اولیهای از سیستم جراحی داوینچی انجام پذیرفت]۵١,٧.[

اولین سیستم داوینچی در سال ۱۹۹۹ به بازار معرفی شد و در ماه ژوئیه سال ۲۰۰۰ نیز سازمان غذا و داروی ایالات متحده۱۰، سامانه جراحی داوینچی را برای عمل جراحی لاپاروسکوپی معرفی کرد]١٧,٧.[

از آنجا که عمل جراحی رباتیک از ترکیبی از سختافزار (تکنولوژی ابزار هدایت مچی) و نرمافزار (دید سه بعدی) استفاده میکند، جراح قادر به انجام برشهای کوچکتر و ظریفتر خواهد بود. با کاهش زمان بستری بیماران، خطر ابتلا به عفونت و عوارض نیز کاهش یافته است. بیمار برای بازیابی یک بریدگی ۳ سانتیمتری نسبت به زمانی که دارای یک برش با اندازه تقریبا ده برابر بزرگتر است، به زمان کمتری نیاز دارد. این سیستم جراحی از یک دوربین سه بعدی استفاده میکند که میتواند با کنترل صوتی و یا بصورت دستی زوم شود. این ویژگی نسبت به حالت بدون دوربین، تصویری بهتر را به جراحان ارائه میکند. از آنجا که جراح برای کنترل بازوهای ربات از کنترل دستی استفاده میکند، دسترسی به بخشهایی از بدن را قبلاًکه غیرقابل دسترس شناخته شده بودند، افزایش داده است. طراحیرگونومیک۱۱ به جراحان امکان میدهد که روی یک کنسول نشسته و دستانشان نیز در یک موقعیت راحت در مقابلشان قرار گیرد. این ویژگی تا حد زیادی موجب کاهش خستگی جراح میشود]۶١.[ شکل (۴) مراحل پیشرفت جراحی از روش جراحی سنتی تا سیستم جراحی رباتیک داوینچی را نمایش می دهد.

شکل :۴ مراحل پیشرفت جراحی از جراحی سنتی تا سیستم جراحی رباتیک داوینچی (از چپ به راست)]۶١[

۵

نسل اول از سیستم جراحی داوینچی، در سال ۱۹۹۹ ارائه شد که متشکل از یک کنسول جراحیرگونومیک، میز چرخ دار سمت بیمار با بازوهای رباتیک تعاملی، یک سیستم بینایی با عملکرد بالا و ابزارهای اختصاصی هدایت مچی۱ بود]۶١.[ اولین سیستم داوینچی، با ارائه یک دید سه بعدی از داخل بدن بیمار به جراحان، بر محدودیتهای لاپاروسکوپی سنتی غلبه میکندمدل. بعدی سیستم داوینچی، سیستم داوینچی اس (da Vinci® S™) بود که در سال ۲۰۰۶ معرفی شد]۶١.[ شکل (۵) سیستم جراحیوینچیدا اس اچ دی را نمایش می دهد.

شکل :۵ سیستم جراحی da Vinci S HD جهت ادغامندوسکوپ تریدی اچ دیو تکنولوژی رباتیک]۶١[

سیستم داوینچی اس آی (da Vinci® Si™)،جدیدترین نسل سیستم داوینچی است که در ماه آوریل سال ۲۰۰۹ ارائه شد]۶١.[ با سیستمهای استاندارد و مدل اس جراح به طور مستقل کار میکرد؛ حتی در موارد پیچیدهای که در آنها به طور معمول میبایست دو جراح در جراحی باز و یا حتی جراحی لاپاروسکوپی همکاری میکردند.

دریان،پا داوینچی اس آی برای پشتیبانی از دو کنسول عملیاتی در هماهنگی با یک سیستم سمت بیمار تکی، ساخته شد در واقع سیستم جراحیداوینچی اس آی یک کنسول دوگانه را ارائه میدهد که هم برای آموزش و هم برای همکاری مورد استفاده قرار میگیرد]۶١.[ شکل (۶) سیستم جراحیوینچیدا اس آی کامل با کنسول های جراحی دوگانه را نمایش می دهد.

شکل ۶: سیستم داوینچی da Vinci Si کامل با کنسولهای جراحی دوگانه پیشنهادی[۱۶]

 

۶

.۳ جراحی از راه دور

علاوه بر توجه به حوزه های مختلف پزشکی از راه دور۱ نظیر معاینه و تشخیص از راه دور یا مشاوره با متخصصان سایر نقاط مختلف دنیا، جراحی از راه دور در اولیت بیشتری است]٨.[ در این حالت جراح به طور فیزیکی در نزد بیمار حاضر نیست و از طریق ابزارهای ارتباطی قادر است یک عمل از راه دور را کنترل کند که استفاده از ربات جنبه جالب توجه و مهمی از کاربردهای این روش را نشان می دهد. شکل (۷) مفهوم جراحی از راه دور را نمایش می دهد.

شکل :۷ مفهوم جراحی از راه دور]٨[

جراحی از راه دور شامل یک فرایند جراحی توسط یک جراح است که درجایی دور از بیمار قرار دارد]٨.[ سابقه جراحـی از راه دور به اولین کاربرد تجاری در لاپاروسکوپی باز میگردد. در واقع جراحی از راه دور با آمدن جراحـی لاپراسـکوپیک در اواخـر دهه ۱۹۸۰ امکان پذیر شد. این نوع از جراحی که به ریموت سرجری۲ نیز شهرت دارد؛ پیچیده ترین و پیشرفته ترین کـاربرد فن آوری ارتباطات در سیستم پزشکی می باشد]٩.[ جراحی از راه دور مبتنی بر حضور دورادور و فیدبک لمسی۳ است]٨.[

این نوع از جراحی این امکان را فراهم می کند که جراحان مجرب در هر جای جهان عمل جراحی لازم را انجام بدهند. با استفاده از این ایده برای انجام یک عمل جراحی خاص می توان یک تیم از جراحان برجسـته را کـه در اقصـی نقـاط جهـان ساکن هستند گرد هم آورد، بدون اینکه نیازی به خارج شدن آنها از محل اقامتشان باشد یا در آموزش جراحی به دانشـجویان در هر نقطه از جهان می توان از این سیستم بهره برد. این روش به عنوان یکی از مهمترین گشایشهـا در پزشـکی در دهـه های گذشته مورد توجه قرار گرفته است. این نوع از جراحی با کمک کامپیوتر صورت می گیـرد، بنـابراین بـا توجـه بـه ایـن موضوع نقاط قوت کامپیوتر را می توان با تجربیات انسانی تلفیق نمود. در یک جراحی خاص بـازوی رباتیـک مـی توانـد اثـر لرزش طبیعی دست جراح را کم کرده و چالاکی جراح را بالا ببرد. همچنین می توان ورودی های اعمال شده توسط جـراح را با کامپیوتر آنالیز نمود و پس از پالایش دستورات، آنها را به بازوی رباتیک اعمال کرد]۵.[ اگر جراح بتوانـد یـک عمـل را از چندین متر دورتر انجام دهد پس مطمئنا از چندین هزار متر دورتر هم می تواند این کار را انجام دهد.

اگر چه جراحی از راه دور در ابتدا یک پیشرفت تکنولوژی به نظر می رسید اما یک محدودیت بزرگ برای ما ایجاد می کرد که می توانست به یک موقعیت خطرناک در طول عمل جراحی تبدیل شود که آن تاخیر در زمان۴ بود]٨.[ هر چه فاصله بین پزشک و بیمار زیاد شود سرعت ارتباط با تجهیزات و مانیتورها کمتر میشود و در چنین شرایطی ممکن است پزشکان درگیر یک تاخیر بیست و پنج ثانیهای روی مانیتورها شوند که همین ثانیههای اندک در شرایطی خاص برای بیمار حکم مرگ یا زندگی را خواهد داشت]٨.[ در بسیاری از حالات، سیستمهای مکاترونیکی و دوربینها، دستها و چشمهای

 

٧

کنترل از راه دور جراح هستند و عناصر کلیدی عمل جراحی به کمک ربات محسوب میشوند. این سیستمهای پیچیدهنوعاً شامل سه بخش هستند : یک یا چند بازوی خودکار (با چند درجه آزادی(۱، یک کنترل کننده اصلی و یک سیستم حسی (نظیر تصویرها) که بازخورد را برای کاربر فراهم میکند]٨.[ بر اساس اطلاعات تصویری لامسه ای، صوتی و غیره بدست آمده، جراح بازو را با حرکت دادن کنترل کننده و با توجه دقیق به اثر آن، هدایت میکنداخیراً،. تمرکز اصلی و عمده بر روی انجام عملیات از راه دور از طریق اینترنت بواسطه قابلیت دسترسی، گستردگی و هزینه نسبتا اندک آن بوده است]۵.[ لذا در حال حاضر منظور از عملیات راه دور، همان تکنولوژی کنترل رباتها از طریق اینترنت میباشد. در شکل (۸) ساختار کلی یک سیستم عملیات از راه دور نمایش داده شده است.

شکل :۸ ساختار کلی یک سیستم عملیات از راه دور]٨[

همچنین انتقال اطلاعات در یک سیستم عملیات از راه دور در شکل (۹) نمایش داده شده است.

شکل :۹ انتقال اطلاعات در یک سیستم عملیات از راه دور]٨[

در این ساختار، اپراتور از طریق بازوی مصنوعی در طرف فرمانده با اعمال یک نیرو، فرمان خود را صادر میکند. با اعمال این نیرو، بازوی مصنوعی با سرعت معین حرکت میکند. این سرعت از طریق کانال ارتباطی به سیستم فرمانبر انتقال مییابد. بازوی مصنوعی فرمانبر به سیگنال سرعت دریافتی، پاسخ داده و نیرویی در محیط کار تولید میکنداین. نیرو مجدداً توسط کانال انتقالی به سیستم فرمانده فیدبک میشود. وقتی نیروی تماسی از طریق فرمانده به دست اپراتور منتقل میشود، به سیستم عملیات از راه دور مربوطه، اصطلاحاً سیستم دوطرفه گفته میشود. از دیدگاه فنی یک مدل فیزیکی (مدل شده به روش باند گراف(۲، از سیستم عملیات از راه دور با پورت های ورودی و خروجی می تواند همانند شکل (۱۰) باشد.

شکل :۱۰ مدل فیزیکی سیستم عملیات از راه دور نمونه]١٠[

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 15 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد