Využití robotů v lékařství

Komentáře

Transkript

Využití robotů v lékařství
Česká zemědělská univerzita v Praze
Technická fakulta
Využití robotů v lékařství
Bakalářská práce
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Helena Nováková
Student: David Švarc
PRAHA 2009
Prohlášení
Prohlašuji, že bakalářskou práci na téma:
Využití robotů v lékařství
jsem napsal sám pod vedením ing. Heleny Novákové a v přiloženém seznamu
jsem uvedl všechny použité zdroje literatury. Veškeré citace jsem v textu
řádně vyznačil.
V Praze, dne 20. 4. 2009
David Švarc
Poděkování
Na tomto místě bych rád poděkoval všem, kdo mi pomohl při vypracování
bakalářské práce. Zvláště bych pak chtěl poděkovat paní ing. Heleně Novákové
za vedení, garanci a poskytnutí cenných rad při vypracovávání.
Abstrakt
Cílem této bakalářské práce je přiblíţit čtenáři problematiku pouţívání
robotů v lékařství a zdravotnictví, a to nejen v chirurgické oblasti, ale
i v odvětvích jiných. V úvodní části práce jsou popsány části robotů, rozdělení
robotů dle různých kritérií a navigace robotů v prostředí. V další části jsou
shrnuty obory vhodné pro roboty. Tato část je rozdělena na invazivní zákroky,
tedy chirurgii, neinvazivní práce a manipulace. Dále, v hlavní části práce, je
popsán současný stav robotů ve zdravotnictví se zaměřením na chirurgický
robotický
systém
daVinci,
který
je
momentálně
v této
oblasti
nejdiskutovanější. V závěru práce je pak popsán pohled lékařů na budoucí
uplatnění robotů ve zdravotnictví.
Klíčová slova
robot, robotizace, lékařství, daVinci, robotizovaná chirurgie
Abstract
Purpose of this work is to bring readers the issue of use robots in
medicine, not only in the surgical field, but also in other sectors. In the
introductory part of the work are described parts of robots, distribution
according to various criteria and the navigation of robots in the environment.
The next section summarizes the subjects suitable for robots. This section is
divided into invasive interventions, i.e. surgery, and non-invasive labor and
manipulation. Furthermore, in the main part of the work, is described the
current state of robotics in medicine care focusing on the daVinci surgical
robotic system, which is currently in this area most discussed. In conclusion,
the work is described the view to the future by medical experts to robotics in
health care.
Keywords
robot, robotic systems, daVinci surgical system, intuitive surgical, robotic
surgery
1
ÚVOD ............................................................................................... 7
2
ROBOT A JEHO DEFINICE ................................................................ 8
2.1
ENCYKLOPEDICKÝ VÝKLAD1 ..................................................................... 8
2.2
STACIONÁRNÍ ROBOTY .......................................................................... 8
2.3
MOBILNÍ ROBOTY2 ............................................................................... 8
2.3.1
2.4
3
4
ZPŮSOBY NAVIGACE MOBILNÍCH ROBOTŮ ....................................................10
2.4.1
Robot sledující stopu ................................................................10
2.4.2
Navigace za pomoci GPS ...........................................................12
2.4.3
Navigace operátorem ................................................................12
ROBOTY VHODNÉ PRO LÉKAŘSTVÍ A JEJICH KONSTRUKCE ........... 13
3.1
POHYBY ROBOTA A ZJEV .......................................................................13
3.2
MOBILITA ........................................................................................14
3.3
PŘESNOST .......................................................................................18
3.4
ORIENTACE V PROSTŘEDÍ A UČENÍ ...........................................................18
3.5
BIONIKA .........................................................................................19
3.6
INVAZIVNÍ SONDY ..............................................................................19
OBORY VHODNÉ PRO ROBOTY ....................................................... 20
4.1
INVAZIVNÍ OPERACE ............................................................................20
4.1.1
Popis invazivní operace .............................................................20
4.1.2
Historie laparoskopie ................................................................20
4.2
VÝVOJ MINIINVAZIVNÍ ROBOTIKY1 ............................................................21
4.3
NEINVAZIVNÍ PRÁCE ............................................................................21
4.3.1
Rehabilitační roboty ..................................................................21
4.3.2
Pomocníci................................................................................23
4.4
5
Podvozky mobilních robotů ......................................................... 9
MANIPULACE ....................................................................................23
4.4.1
Rentgeny ................................................................................23
4.4.2
Laboratoře ..............................................................................24
SOUČASNÁ SITUACE ...................................................................... 25
5.1
CHIRURGIE A ROBOTIKA1 ......................................................................25
5.1.1
Nástin chirurgie .......................................................................25
5.1.2
Systém daVinci ........................................................................25
5.1.3
Cévní robotická chirurgie ...........................................................29
5.1.4
Výhody a nevýhody systému daVinci ..........................................29
5.1.5
Intuitivní chirurgie daVinci .........................................................30
5.1.6
daVinci v Čechách a ve světě .....................................................30
5.1.7
5.2
6
Původní záměr vývoje systému daVinci .......................................31
POMOCNÉ ROBOTY ..............................................................................32
5.2.1
Robot ve stomatologii ...............................................................32
5.2.2
Systémy měření tlaků taktilními senzory ve zdravotnictví ..............33
5.2.3
Robotizovaný oblek ..................................................................34
5.2.4
Asistence při stravování ............................................................34
5.2.5
Pojízdné křeslo se systémem GPS1 .............................................35
BUDOUCÍ UPLATNĚNÍ .................................................................... 37
6.1
NÁZORY ODBORNÍKŮ ...........................................................................37
6.1.1
MUDr. Stanislav Czudek, CSc. ....................................................37
6.1.2
Prof. MUDr. Ivan Čapov, CSc. ....................................................37
6.1.3
Prof. MUDr. Miroslav Pacík, CSc. ................................................38
6.1.4
Marek Šetina, CSc. ...................................................................38
6.2
OVLÁDÁNÍ ROBOTŮ MYSLÍ .....................................................................39
7
ZÁVĚR ........................................................................................... 40
8
ZDROJE ......................................................................................... 41
9
SEZNAM OBRÁZKŮ ......................................................................... 43
10
OBRÁZKOVÁ PŘÍLOHA ................................................................... 44
10.1
ROBOT BEAR .................................................................................44
10.2
ROBOT DAVINCI .............................................................................46
10.2.1 Robot daVinci v nemocnici Na Homolce .......................................49
1 Úvod
Robotika a zdravotnictví jsou obory, které se mohou vzájemně velmi
dobře doplňovat. Roboty pomáhají stejně dobře chirurgům s náročnými
operacemi jako starým, pohybově omezeným, lidem se nasnídat s co
nejmenšími problémy a bolestmi. Bez jejich asistence si uţ dnes spousta lidí
nedovede ţivot ani představit. Některé práce by vůbec nebyly bez jejich
pomoci moţné. V současné době se také vyvíjí umělá inteligence, která dokáţe
zpracovávat signály a na základě jejich vyhodnocení vybrat nejlepší moţné
řešení, také je schopna se uţit z vlastních chyb a omylů. Stále se vedou spory
o tom, je-li to výhoda či nevýhoda. Odpůrci umělé inteligence prosazují
ideologii člověka na prvním místě, jenţ je ohroţen nadvládou robotů.
Okamţikem, kdy robot začne myslet, skončila pozice člověka coby pána
tvorstva. Zastánci umělé inteligence proti tomu vystupují s tvrzením, ţe pokud
bude umělá inteligence na úrovni samostatné existence, nebude třeba se
obávat, protoţe bude příliš inteligentní, neţ aby nám ubliţovala nebo nás
omezovala.
Ke
stvoření
robotů
slouţících
ve
zdravotnictví
vedl
člověka
jeho
nejzákladnější pud – přeţít a ţít co nejdéle. I kdyţ se můţe zdát, ţe lékařská
robotika je dnes vrcholem moderní techniky, pravdou je spíše opak. Z pohledu
lékařství roste kvalita a moţnosti opravdu exponenciálně a roboty tak dělají
dojem dosaţení maxima ve světě lékařů a nemocnic a to zejména pro
pacienty. Avšak z pohledu lidí tyto roboty vytvářejících se jedná o kolébku
a moţnosti uplatnění robotů v této oblasti ještě zdaleka nejsou vyčerpány.
Stále se jedná o počátky rozvoje např. ve srovnání s pouţíváním robotů
v armádě, automobilovém průmyslu a ostatních.
Roboty se vyvinuly z manipulátorů tak, ţe je lidé naučili pracovat bez
nutnosti je ovládat a řešit problémy, které mohou při jejich práci nastat. Také
mohou dohlíţet a vypomáhat při práci člověka a chránit ho tak. Ať uţ před
vlivy z okolí nebo před ním samým.
7
2 Robot a jeho definice
2.1 Encyklopedický výklad1
Robot je samostatně pracující stroj, vykonávající určené úkoly1.
Slovo „robota“ bylo známo jiţ v 17. století ve významu otrocká práce
podaných. Mírně pozměněné jej poprvé ve významu „stroj“ pouţil český
spisovatel Karel Čapek v divadelní hře R.U.R. Slovo mu poradil jeho bratr Josef
Čapek, kdyţ se ho Karel ptal, jak umělou bytost pojmenovat.
2.2 Stacionární roboty2
Stacionární roboty jsou roboty bez schopnosti se samovolně přemísťovat.
Jde zejména o průmyslové manipulátory, které lze v dnešní době aplikovat do
většiny výrobních procesů. Pro pohyb svého těla využívají většinou 6 ale i více
os. Sedmá osa může být např. použita pro sevření kleští při bodovém sváření
nebo pro pohyb po koleji, kdy robot popojíždí vedle výrobku, synchronizován
s dopravníkem a po vykonání úlohy se vrací zpět.
Programování takovýchto robotů je většinou přímé:

vedením ramene robota, kdy si robot „zapamatuje“ vedenou trasu
a následně ji opakuje několikrát dle potřeby

spojitá trasa (continuous path)

trasa bod po bodu (point-to-point path)

zadáním povelů z programovacího panelu

přímé plánování on-line: ovládáním pomocí programu, který je
schopen rozpoznávat události na základě připojených senzorů
a reagovat tak na potřebnou situaci (podobně jako automatická
myčka automobilů)
V případě nepřímého programování jsou zadány křivky z výkresů, plánů
či jiných podkladů a robot provede daný úkon bez ohledu na okolní vlivy.
2.3 Mobilní roboty2
Roboty se schopností přemisťovat se:

1
2
dálkově ovládané
Zdroj: Wikipedie:Robot, < http://cs.wikipedia.org/Robot >
Šolc F., Ţalud L.: Robotika. VUT Brno, 2002
8
o
pohyb je nezávislý na zdroji napájení; tzn., ţe jejich pohyb je
omezen tak, aby nedošlo k přerušení napájení, případně je
zdroj napájení umístěn přímo na robotu a není omezen
kolejnicemi (v případě např. jednonohých skákajících robotů)
o
pohyb je závislý na pokynech operátora a robot většinou vysílá
zpětnou vazbu (např. ve formě přenosu videa nebo virtuální
reality, případně nákresu vzdáleností do nejbliţších překáţek)

autonomní
o
vyuţívají často umělou inteligenci
o
pohybují se zcela nezávisle na základě nějaké instrukce
o
sami mapují prostředí a překonávají překáţky na základě
algoritmů, které si mohou i samostatně vytvářet a měnit
2.3.1 Podvozky mobilních robotů
Dělení podvozků robotů je různé. Z hlediska uspořádání systému, jakým
se robot pohybuje, dělíme na tyto systémy:

kolové systémy

pásové systémy

biomechanické systémy

kráčející

skákající

plazivé

šplhající

plavající

létající
Z hlediska řízení podvozku a závislosti jednotlivých segmentů pak dělení
vypadá následovně:

Diferenční podvozek

Synchronní podvozek

Trojkolový podvozek s řízeným předním kolem

Ackermanův podvozek

Trojúhelníkový podvozek

Všesměrová kola

Kráčející podvozky

Pásové podvozky
9
Jednotlivé principy systémů řízení budou zmíněny dále na konkrétních
příkladech pro lepší ilustraci.
2.4 Způsoby navigace mobilních robotů
2.4.1 Robot sledující stopu1
Uvaţujme robota na diferenčním podvozku, blíţe popsaného v kapitole
2.2. Je doplněn o senzor sledování čáry, která představuje danou trajektorii
pro pohyb robota. Musíme vzít v úvahu, ţe se na trase vyskytují překáţky, na
které musí robot reagovat a eliminovat tak riziko střetu. Řídicí systémy
takovýchto robotů jsou řešeny jako dvouúrovňové. Jednu úroveň představuje
modul připojený k počítači a druhou modul na robotu. Komunikace mezi nimi
je bezdrátová. Robot je vybaven dvěma kamerami pro snímání okolí
a případné manuální řešení problému, který není schopna vyřešit řídící
jednotka,
sadou
ultrazvukových
čidel
(podobný
princip
jako
parkovací
asistent), 2D laserovým senzorem pro sledování trajektorie a elektronickým
kompasem pro určení aktuální polohy. Schéma popisu je zobrazeno na
obrázku 1.
Polohové řízení je v reţii modulárního řídicího systému. Vycházelo se
z předpokladů, ţe robot bude jak schopen dálkového ovládání operátorem, tak
i autonomního chování. Samotný řídící systém je tedy záleţitostí algoritmů
v počítači, který předává data modulu robota. Ten data přijme, vyhodnotí
a porovná s údaji, které získal z ultrazvukových sonarů. Řídící jednotka
modulu robota pak buď povolí pohyb na základě přijatých dat, nebo jej
zamítne s navrácením dat počítači. Ta obsahují odůvodnění pro zamítnutí
pohybu – zpravidla informace o poloze překáţky. Celý proces probíhá
dynamicky v závislosti na rychlosti pojezdu robota.
V úvahu jsou brány i další aspekty, jako je náhlý výskyt překáţky v cestě
robota nebo zachování ţivotních funkcí – zdroji elektrické energie, apod. Při
ztrátě signálu, nebo poruše řídicího systému (PC), a tudíţ ztrátě informací
o cestě přebírá celou funkci řídicí modul robota, který, při reţimu autonomního
chování, zohledňuje poslední zadaný příkaz a při reţimu ručního ovládání dle
1
SKAŘUPA, J., MOSTÝN, V.: Teória priemyslových robotov. 1. vydanie. Edícia
vedeckej a odbornej literatúry, Strojnícka fakulta TU v Košiciach, Vienala Košice,
2001, 150 s. ISBN 80-88922-35-6
KÁRNÍK, L., KNOFLÍČEK, R., MARCINČIN, J., N.: Mobilní roboty, Opava: MÁRFY
SLEZSKO, 2000. 210 s. ISBN 80-902746-2-5.
10
kompasu určí poslední známou polohu se signálem a vrátí se. Zohledněním
zadaného úkolu pro autonomní chování je míněna jízda v určitém směru,
sledování trajektorie v podobě čáry na zemi, pohyb podél zdi apod.
Na následujícím obrázku je znázorněno schéma zapojení všech aktivních
členů zapojujících se do procesu pohybu a komunikace s počítačem. Více
o tomto tématu naleznete v literatuře [13] a [14].
Obrázek 1: Schéma zapojení aktivních členů pro pohyb robota
Zdroj: http://atpjournal.sk/casopisy/atp_03/pdf/atp-2003-2-70.pdf
11
2.4.2 Navigace za pomoci GPS
GPS je zkratka pro Global Positioning System, čili světový systém
určování polohy. Je provozován ministerstvem obrany USA. S jeho pomocí je
moţné kdykoliv určit (velice přesně) polohu na zemi, přesný čas a mnoho
dalších údajů, jako je počasí, nadmořská výška apod. Část toto systému je
volně přístupná i civilním uţivatelům. Systém pracuje na principu druţic
obíhajících okolo Země. Dnes je vyuţíváno 32 druţic pro získání přesných
údajů.
Pro roboty pohybující se v budově je tento systém zcela nevhodný,
protoţe jeho tolerance pro civilní moţnosti je aţ deset metrů. Pro pohyby
v externím
prostředí,
v kombinaci s dalšími prvky
ochrany
proti střetu
s překáţkou, je buď ideální, pokud jde o terén, nebo dostačující, pokud jde pro
pohyb například v městském prostředí. Tento typ navigace je pouţíván např.
na
robotu
(kolečkovém
křesle),
schopného
rozeznat
signály
semaforů
a bezpečně tak dopravit pacienta na adresu, zadanou do navigačního modulu
(více v kapitole 4.2.5).
2.4.3 Navigace operátorem
Navigace robota operátorem, přesněji příkazy, které operátor vydává,
patří také mezi způsoby navigace. Tyto roboty jsou označovány jako roboty na
dálkové ovládání, kam patří téţ RC roboty (Radio-Controlled). Operátor můţe
zadávat příkazy do uţivatelsky přívětivého rozhraní v počítači a tvořit
jednoduché
programy.
Za
pouţití
základních
pokynů,
pro
robota
srozumitelných, vytvoří program, který je schopen s robotem pohybovat dle
potřeb včetně vlastního rozhodování. Celé ovládání robota, rozloţené na
elementární části, je podobné programovacímu jazyku Karel, ještě nedávno
slouţícímu na výuku programování. Pomocí jednoduchých příkazů se robotu na
obrazovce zadávaly různé úkoly. Původní robot Karel znal pouze 5 příkazů.
I tak byly vytvořeny rozmanité programy, ve kterých se robot pohyboval,
kreslil pomocí značek, hledal cesty z bludiště apod. Více o programovacím
jazyce Karel naleznete např. na [15].
12
3 Roboty vhodné pro lékařství a jejich konstrukce
3.1 Pohyby robota a zjev
Konstrukce robota určeného pro zdravotnictví rozhodně není jednotná.
I ve zdravotnictví musíme brát v úvahu, ţe robot vykonává určité úkoly. Můţe
jít například o statického rehabilitačního robota, umístěného v jedné místnosti
určené pro rehabilitace. Jeho pohyblivost je minimální, nutná prakticky jen pro
servisní účely. Robot, vyvinutý pro invazivní operace, je taktéţ statický,
mnohdy nainstalovaný téměř jako součást místnosti, při zohlednění přívodů
některých důleţitých látek jako jsou voda, kyslík a různé další plyny potřebné
pro operace, přívod napájení se záloţním zdrojem, který je pro takovéto
roboty nezbytný a v neposlední řadě spojení s pracovištěm, z něhoţ je robot
ovládán.
Naopak roboty, které jsou malé, rychlé a přesné a slouţí např.
k podávání nástrojů chirurgovi, musí být velice pohyblivé. Nejde ani tak
o mobilitu jako spíše o schopnost umístit předmět uchycený v čelistech na
kterékoli místo v dosahu chapadla tak, aby robot nebyl limitován např. krokem
motoru nebo neschopností pokrýt celý svůj záběr z důvodu špatně navrţených
otočných ramen apod.
K mobilitě robotů se dnes pouţívá spousta konstrukcí. Od jednoduchých
koleček přes pásy a jejich soustavy, aţ po všesměrová kola či kráčející roboty.
Ve zdravotnictví je tato otázka řešena zejména v souvislosti s podpůrnými
roboty pro lidi těţce zdravotně postiţené a také pro mechanizované asistenty.
„Chování“ těchto robotů je zvláštní tím, že roboty se pohybují plynulým
návazným pohybem a nikoli klasickým trhaným a nemotorným pohybem, jak
tomu bylo doposud1.
Chůze nepatří mezi silné stránky robotů, zejména jde-li o chůzi lidskou,
tedy po dvou nohách. Tuto problematiku jako první vyřešila firma Honda, kdy
se robot začal vůbec poprvé pohybovat na dvou nohách a úspěšně ji
následoval robot Asimo, který je schopen chodit po schodech dle slovních
pokynů člověka1. U tohoto typu robotů se ještě pozastavíme. Humanoidy jsou
napodobeniny člověka jako vrcholu přírodního vývoje. Existuje řada důvodů,
proč člověk konstruuje roboty „k obrazu svému“. Jedním z nich je, že stroj
1
Zdroj: Věda.cz < http://www.veda.cz/article.do?articleId=11349 >
13
„s lidskou tváří“ je prostě přijatelnější, zvláště má-li sloužit jako pomocník
v domácnosti, při ošetřování starých lidí nebo jednoduše pro zábavu v rodině1.
Stále se však klade otázka, je-li zjev robotů podobajících se člověku ţádoucí či
nikoli, zvláště ve zdravotnictví. Na jednu stranu to některé lidi uklidňuje, ale
některé naopak děsí.
3.2 Mobilita
Lékařství a zdravotnictví je tak široký obor, ţe se v něm najde uplatnění
pro většinu výše zmíněných systémů, zajišťujících pohyb mobilním robotům.
Z kolových podvozků je pro zdravotnictví v současné době nejzajímavější
diferenční podvozek, kde řízení robota obstarávají dvě hnací kola, která
zajišťují směr robota změnou rychlosti otáčení levého nebo pravého kola.
Rovnováhu zajišťuje třetí, otočné nepoháněné směrové kolo. Tento způsob
umoţňuje robotu otočit se prakticky na místě, kolem svislé osy, umístěné
v polovině rozchodu kol. Robot tak můţe manévrovat v malých prostorách,
koutech místnosti, apod.
Obrázek 2: Diferenciální podvozek
Zdroj: KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008, str. 62
1
Zdroj: Automatizace < http://www.automatizace.cz/article.php?a=667 >
14
Dalším, ve zdravotnictví jiţ hojně vyuţívaným, typem podvozku je
Ackermanův.
Čtyřkolový
robot
poháněná
případně
řiditelná.
a
i
s Ackermanovým
Nejen
řízením
řiditelná
kola
má
jsou
dvě
kola
vybavena
diferenciálem (elektrickým nebo mechanickým), ale i poháněná. Při potřebě
směrovat robota pod určitým úhlem se tyto úhly vypočítávají z Ackermanovy
rovnice. Kolo na vnitřní části opisuje kruţnici o menším průměru neţ kolo na
vnější části stroje. Pokud je robot vybaven také gyroskopem pro vyrovnávání
vodorovné nerovnosti terénu, je tento způsob velice přesný. Ve zdravotnictví
slouţí momentálně nejvíce jako invalidní vozík.
Obrázek 3: Kolečkové křeslo s Ackermanovým podvozkem
KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008, str. 72
Ve zdravotnictví musí být počítáno také s pohybem v těsných prostorách.
Od pohybu je vyţadována nejvyšší přesnost, maximální flexibilita a také
spolehlivost. Všesměrová kola nám dovolují jízdu v libovolném směru bez
nutností otáčet stroj kolem jakékoli jeho svislé osy. Jinými slovy jde o zatáčení
15
na nulovém poloměru. Samotné všesměrové kolo se skládá z náboje, který je
na obvodu opatřen valivými elementy ve tvaru válečku nebo soudečku. Náboj
je pevně spojen s hřídelí a je jedinou poháněnou částí kola. Valivé elementy
jsou volné1.
Obrázek 4: Všesměrová kola
KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008, str. 80
Ve zdravotnictví se také pouţívá tento typ podvozku rovněţ jako
zdravotnický vozík. Jeho název zní „Freedom Doder“. Má velice dobré
manévrovací schopnosti v malých prostorách, jako je např. otáčení ve výtahu,
jízda do stran ve stísněných obytných prostorách (kuchyně, koupelna), apod.
Je ovládán pouze pomocí joysticku.
1
KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008 (ISBN 80–248-0626–6)
16
Obrázek 5: Průzkumný robot na všesměrových kolech
KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008, str. 88
Z pásových
podvozků
pouţívaných
v praxi
je
třeba
zmínit
robota
známého, podle svého „medvědího“ výrazu, pod jménem Bear, který je na
tomto typu podvozku postaven. Jméno si však nezaslouţil podle vzhledu, spíše
naopak. Bear je totiž zkratka Battlefield Extraction-Assist Robot. Jak již název
napovídá, slouží pro odnášení padlých a raněných vojáků z bitevního pole1,
avšak dnes výborně slouţí k přenášení a zvedání pacientů v nemocnici.
Původně měl tento robot podvozek kombinovaný – pásy s koly – ale později se
ukázalo, ţe kombinace dvou pásů pro kaţdou „nohu“ je přijatelnější při
zvedání raněných. Robot se můţe snáze dostat mechanickými paţemi na zem
a zvednout se aţ do plné výšky 180cm, aniţ by se příliš předkláněl a měnil tak
těţiště. To je výhodné při přenášení vojáků, kteří jsou v šoku a znesnadňují
tak robotu práci. Obrázky robota Bear jsou umístěny v příloze.
1
Zdroj: Věda.cz < http://www.veda.cz/article.do?articleId=14517 >
17
3.3 Přesnost
Přesností robota není rozuměna pouze přesnost délková či přesnost
prostorová – umístit předmět na místo s přesností mikrometru dnes není pro
roboty příliš velkým problémem. Přesnost zahrnuje také otázku relativní
přesnosti. Například působit určitým tlakem na dané místo na základě vstupů
ze senzoru. Na tomto principu pracují jisté druhy rehabilitačních robotů. Jde
o zařízení, které slouží k rehabilitaci ochablých svalů. Dříve tuto práci
zastávaly sestry, ale postupem času se přišlo na to, že robot pracuje levněji,
neunaví se, takže je schopen pracovat déle. Co je hlavní, je schopen díky
speciálním senzorům rozpoznat dříve, kdy je sval natolik unaven, že by další
vykonávání rehabilitace již uškodilo. Sval totiž při vyčerpání začne uvolňovat
kyselinu mléčnou a tvrdnout. Další práce svalu pak vede k jeho přetažení
a případně poškození, které je nepříjemné a bolestivé. Robot vykonává
potřebné pohyby k procvičení svalu. Zároveň vyhodnocuje signály ze snímače,
na základě kterých se „rozhoduje“, zda v rehabilitaci pokračovat a s jakou
intenzitou sval natahovat1. Tyto snímače tlaku se pouţívají i při jiných funkcích
robotů, jako jsou např. zjišťování tělesné hmotnosti i s určením těţiště
a následným vyhodnocením drţení těla, případným problémem v oblasti
páteře.
Toto
vyšetření
se
skládá
z velkého
mnoţství
dat,
následně
porovnávaných příslušným softwarem.
3.4 Orientace v prostředí a učení
Pokud se chceme podívat do budoucnosti, kdy by bylo moţné určovat
diagnózy zcela bez přítomnosti lékaře, kde kvalifikovaným pracovníkem
v tomto oboru by byl robot, nesmíme opomenout schopnost robota učit se
v neznámém prostředí. A to nejen učit se kudy se má pohybovat, aby se
nedostával do střetu s překáţkami – mapování prostředí, ale také schopnost
reagovat na vstupy od pacienta popř. dalších lidí. Je jednoduché vymyslet
program sestávající z posloupnosti příkazů tak, aby nebylo nic opomenuto, ale
nějaký nahodilý jev či shoda událostí můţe vyţadovat úplnou změnu těchto
postupů – např. reakce robota vyslaného za pacientem na vlivy prostředí jako
je písek v ovzduší, protoţe pacient bydlí poblíţ cementárny apod.
1
Konzultace s prof. Volfem, ČVUT
18
Získání informací od jednoho pacienta také můţe být uţitečné při léčbě
pacienta dalšího. Robot by si měl nejen „pamatovat“ příznaky jednoho
pacienta a přiřadit souvislost s nimi i u jiného, ale budeme-li mít více takto
propojených robotů, dostaneme vţdy jednoho nejzkušenějšího lékaře.
3.5 Bionika1
Mnoho konstrukčních prvků, způsobů vnímání, reagování a odvozeného
chování lze převzít od přírody. Nejde o pouhé kopírování (které je dosud
nemoţné), nýbrţ o vyuţití dlouhou evolucí vzniklých principů, převedených na
technické metody. Toto je důleţité právě u robotů, které se mají pohybovat
v reálném světě. Bionika je vědecká disciplína, zabývající se technickou
realizací konstrukčních, postupových a vývojových principů biologických
systémů. Okolní příroda dodává nevyčerpatelné mnoţství nápadů, avšak
ţádný návod na stavbu. To je úkolem konstruktérů a programátorů.
Výsledkem bionické robotiky jsou servisní roboty, pohybující se na šesti
nohách jako hmyz nebo plazící se jako hadi nebo ještěrky, coţ je v reálné
přírodě efektivnější neţ pohyb na kolech nebo pásech, kdy jsou vyuţívány
zvláštní způsoby přidrţování na ploše, jako je suchá adheze, kterou vyuţívá
např. Grecko Wall Climbing Robot americké firmy iRobot. Využití těchto robotů
je možné například pro opravy boků lodí2.
3.6 Invazivní sondy
Invazivní sondy jsou roboty, které vnikají přímo do lidského těla. Jejich
úkolem je vysílat informace o vnitřním stavu ať uţ ve formě obrázků
nasnímaných
při
průchodu
např.
trávicím
traktem,
tak
i
například
ultrazvukovými vlnami. Roboty pro tento účel musí být konstruovány
s ohledem na průchod celým trávicím traktem. Od začátku, při polykání, se
nesmí zachytit a působit problémy. Materiál, ze kterého jsou vyrobeny, tedy
musí být na povrchu dostatečně hladký, ale také dostatečně silný na to, aby
odolal ţaludečním kyselinám.
1
Zdroj: Automatizace, < http://www.automatizace.cz/article.php?a=667 >
NOVÁK-MARCINČIN, Jozef – SMRČEK, Juraj, Biorobotika – teória, princípy
a aplikácia v technickej praxi, Košice, 1998.
2
19
4 Obory vhodné pro roboty
4.1 Invazivní operace
4.1.1 Popis invazivní operace
Invazivní operace jsou, jak sám název napovídá, operace při kterých se
chirurg nějakým nástrojem dostane do těla pacienta a provádí jím nějaký
zákrok. Do tohoto celku spadají i sondáţe a průzkumné operace, při kterých se
samotný stav pacienta nijak nezmění. Mají za cíl přiblíţit lékaři současný stav
nemocného a napomoci mu k určování diagnózy.
Invazivní operace se většinou neobejdou bez celkové anestezie nebo
alespoň lokálního anestetika, které místo zákroku znecitliví. Celková anestézie
se pouţívá v případech, kdy by pacient při zákroku upadl do šoku vyvolaného
převáţně bolestí a instinktem sebezáchovy. V podstatě by jinak ani celková
anestezie nebyla nutná, ale při šoku by tělo přestalo zásobovat orgány
kyslíkem natolik, ţe by měl smrtelné následky – multiorgánové selhání.
Operace invazivního typu jsou tedy řízeným fyzickým zásahem do těla.
Nutně tak po operaci musí tělo regenerovat jak tkáně vnitřních orgánů
poškozené při zákroku, kvůli kterému byla operace prováděna, tak pooperační
zranění doprovodná, jako je oddělá kůţe, poškozená svalovina apod. Z tohoto
důvodu se lékař snaţí vţdy o minimalizaci rozsahu zákroku. Postupem času se
dospělo k laparoskopickým operacím.
4.1.2 Historie laparoskopie
Operace, které byly prováděny laparoskopicky (z řeckého lapará – část
dutiny břišní, skopein – pozorovat), tj. řezem v břišní stěně dovolujícím pohled
na operační pole, avšak s minimálním rozsahem, se u nás začaly pouţívat
v roce 1991. První taková operace však byla provedena už v roce 1901
gynekologem D. Ottem v Petrohradě. V roce 1938 doktor Veress zavedl do
břišní dutiny jehlu s bezpečnostním hrotem, která se, s menšími modifikacemi,
používá dodnes1. K problematice laparoskopie se dále vztahuje kapitola 4.1,
kde jsou popsána ramena operačního robota, která na tomto principu fungují.
1
Zdroj: MM Spektrum < http://www.mmspektrum.com/clanek/robotika-vezdravotnictvi-dalsi-pokrok-chirurgie >
20
4.2 Vývoj miniinvazivní robotiky1
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. Přibliţně 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,
jako jsou mikromechanika, trojrozměrná vizualizace a počítačové řízení. Jde
o obor, který v současnosti nachází uplatnění zejména v urologii, gynekologii
a hrudní chirurgii, rozšiřuje se i pouţití v oborech kardiochirurgie, cévní
chirurgie a na obzoru se objevují i neurochirurgické aplikace.
4.3 Neinvazivní práce
4.3.1 Rehabilitační roboty
Rehabilitační roboty tvoří poměrně velkou část celé robotické sloţky
zdravotnictví. Jak jiţ bylo
zmíněno, rehabilitaci ochablých
svalů dříve
vykonávaly rehabilitační sestry. Práce robota je efektivnější z toho důvodu, ţe
má celý průběh rehabilitace lépe pod kontrolou a můţe tak přizpůsobovat
různé operace dle potřeby situace a prostředí.
Jako příklad vezmeme rehabilitaci poškozeného svalu na ruce. Pacient je
napojen na robota pomocí několika senzorů. Některé mohou monitorovat jeho
srdeční aktivitu, na základě které robot dokáţe rozpoznat, jak se pacient cítí.
V souvislosti s tím upravuje rehabilitační program. Nejdůležitější snímač se
nachází přímo na svalu, který je předmětem nápravného cvičení. Tímto
snímačem robot zajišťuje pacientovu bezpečnost v průběhu celého cvičení. Jde
o velmi
důležitou
funkci.
Zejména
pokud
se
jednalo
o nápravu
svalu
chirurgickou operací. Snímačem je taktilní senzor, sleduje stupeň napětí
21
svalové tkáně a předává údaje počítači1. Senzor je zapojen na zdroj napětí
a při změně tlaku, změní svůj vnitřní odpor. To počítač rozezná a upraví daný
program – například odlehčí zátěţ (protitlak), případně celou rehabilitaci
ukončí.
Taktilní senzor, sledující stav svalu, je senzor, kterým se sledují
informace, které nelze získat jinou cestou. Taktilní snímač je pak nejčastěji
maticové, či jiné, uspořádání taktilních senzorů. Taktilní senzor je tvořen
vodivým elastomerem, měnícím svůj elektrický odpor v závislosti na působící
síle. Tento elastomer je v podstatě pryţ sycená grafitem nebo ţelezným
prachem. Se stlačováním a relaxací se mění výsledný odpor senzoru. To
umoţňuje spojitě měřit změny tlaku.
Sval po určitém překročení fyzické námahy začne produkovat kyselinu
mléčnou, která způsobí jeho postupné tuhnutí. Stupeň námahy je individuální
a nelze tedy určit jednoznačný časový interval, kdy je sval natolik unaven, ţe
by jeho další procvičování vedlo k velkým bolestem a následně i k moţnému
poškození svalu. Tyto změny tuhosti jsou rozpoznány právě taktilním
senzorem připevněným na svalu.
Obrázek 6: Tenzometrický senzor s elastomery
Časopis: The IMAPS International Journal of Microcircuits & Electronic Packaging,
Volume 20, No. 1, 1997, (anglicky), str. 41
1
Source: International Journal of Microcircuits & Electronic Packaging, Volume
20, No. 1, 1997
22
Zde byla zmíněna rehabilitace svalu poškozeného, avšak tento systém je
pouţíván i například sportovci, kteří se rozcvičují, nebo také vzpěrači, kteří
potřebují posilovat aţ na hranicích svých svalových moţností bez poškození
svaloviny.
Za zmínku také stojí, ţe toto zařízení bylo navrţeno ve spolupráci
českých a slovenských odborníků. Na Slovensku to byli Dr. Jozef Ţivčák,
Dr. Dušan Šimšík, Ph.D. a RNDr. Dušan Knezo, Ph.D., Technická univerzita
Košice, a v Čechách, prof. Jaromír Volf, Ph.D., který tehdy působil na ČVUT
a dnes působí na ČZU.
4.3.2 Pomocníci
Trend robotů pomocníků se rozmohl zejména v Japonsku. To se projevilo
i v automobilovém průmyslu. Zde dochází k vývoji vozidel, do kterých se
snadno nastupuje i lidem upoutaným na vozík, atd. Objevilo se i lůţko na
dálkové
ovládání.
Japonci
kaţdoročně
pořádají
veletrh
domácí
péče
a rehabilitace, o kterém je dále zmínka (kapitola 5.2.4) u robota, který
pomáhá lidem se stravováním. O pomocných robotech více v kapitole 5.2.
4.4 Manipulace
Rozdíl mezi robotem a manipulátorem je ten, ţe robot je schopen
pracovat
autonomně,
případně
sledovat
nebo
nějakým
způsobem
vyhodnocovat činnost, kterou provádí ten, kdo robota ovládá. Jde tedy
o týmovou práci dvou účastníků: člověka a programového softwaru, který
reaguje na vstupy a řídí (koriguje) některé kroky činnosti. Oproti tomu
manipulátor je stroj na dálkové ovládání. Například můţeme uvaţovat
i o jeřábu jako o velmi jednoduchém manipulátoru.
4.4.1 Rentgeny
Roboty jsou schopny být manipulátory. V současné době se nikde
nepouţívá asistence robota u rentgenových zařízení. Existují přístroje, kde
jsou rentgenové paprsky promítané na desku, kde je snímají čipy a dosahuje
se tím dynamického rentgenu, který má proti statickému tu výhodu, ţe lze
monitorovat tu část těla, kterou právě potřebujeme. Nevýhoda ovšem je, ţe
tento přístroj neustále vysílá rentgenové paprsky, kdeţto při jednorázovém
rentgenovém snímku je pacient (případně i obsluha rentgenu) vystaven záření
pouze po dobu nezbytně nutnou k pořízení snímku.
23
V případě, ţe by tuto činnost zastával robot či manipulátor, můţe ji
vykonávat bez přímé přítomnosti lékaře. Pacient je sice vystaven záření
i nadále, ale u něho jej zcela vyloučit nemůţeme. Avšak lékař můţe být za
bezpečnou stěnou a na základě vizuální informace, se můţe rozhodnout pro
pokračování snímání další části těla pacienta dle potřeby. Stejně tak lze
regulovat intenzitu rentgenových paprsků pronikajících do pacientova těla.
Vyloučí se tak nebezpečí, ţe by pacient musel jít na opakované rentgenové
vyšetření z důvodu podexponování či přeexponování snímku. Vyšetření se tak
zkrátí, protoţe pokud lékař ze snímku usoudí, ţe potřebuje vidět ještě jinou
část, pošle pacienta na rentgen znovu. Robotu záření nevadí.
4.4.2 Laboratoře
V laboratořích se roboty i manipulátory jiţ běţně pouţívají, zejména
k chemickým analýzám. Jedno zařízení dokáţe analyzovat vloţenou látku na
základě spektrografie, reakcí na různé chemikálie, dokonce i přímo v plynovém
chromatogramu. Do zásobníkového kola jsou postupně vloţeny kyvety, ve
kterých je zkoumaná látka a také zásobníky s chemickými látkami, se kterými
se bude vzorek testovat. Robot sám odebere poţadované mnoţství chemikálie
a udělá zkoušku. Dochází tedy k minimalizaci nákladů hlavě tím, ţe je menší
zbytkový odpad, neţ kdyby se zkouška dělala ručně. Robot je také vybaven
laserovým zařízením s proměnlivou vlnovou délkou světla a několika filtry pro
přesné spektrografické zkoušky.
24
5 Současná situace
5.1 Chirurgie a robotika1
5.1.1 Nástin chirurgie
V současnosti je chirurgie asi největší spojnicí mezi roboty a lékařstvím.
Využívá se zejména pro operace urologické a to především pro operace nádorů
prostaty. Dále pak také v gynekologii a břišní chirurgii1.
Hlavní výhody operace robotem jsou menší potřebné vstupy do pacienta,
které jsou uzavřené. Do pacienta proniká rameno robota podobně, jako je
tomu u laparoskopické operace (viz kapitola 3). Na rozdíl od klasické rány se
vpichy lépe hojí, nezůstávají po nich jizvy a pacient nemusí pobývat
v nemocnici tak dlouho, jako při klasické operaci, kdy dochází např. k otevření
dutiny břišní. Z toho plyne také další výrazné pozitivum, a to sníţení moţnosti
vzniku infekce a následných pooperačních komplikací. Také rehabilitace je pro
pacienta daleko snazší.
5.1.2 Systém daVinci
Systém daVinci je
nejznámějším robotickým systém pro
lékařské
operace. Zákroky prováděné pomocí tohoto systému výrazně usnadňují
laparoskopické operace v mnoha směrech. Jednou z výhod je například
manipulace. Oproti klasické laparoskopii, kdy je nástroj poměrně jednoduchý,
dlouhý okolo 33cm, s ještě jednodušším „nůţkovým“ ovládáním, má rameno
robota vlastní zápěstí. Tím je docíleno dalších stupňů volnosti v pohybu
nástroje uvnitř těla pacienta a lékař se tak můţe nástrojem velkým jen 5 nebo
8mm, dostat i do míst, kam by se, pomocí běţné laparoskopie, nedostal
a zároveň nedochází k poškozování tkání. Dalším vylepšením je synchronizace.
Při klasické laparoskopii drţí 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
1
Zdroj: MM Spektrum < http://www.mmspektrum.com/clanek/robotika-vezdravotnictvi-dalsi-pokrok-chirurgie >
25
nástroje v operačním poli, a proto i zácvik na robotickém systému trvá kratší
dobu, než si vyžaduje klasická laparoskopie1. Nejedná se tedy o autonomního
robota v uţším slova smyslu, který by mohl celou operaci vykonávat sám, ale
jen o násobič chirurgových dovedností. Robotem, nikoli manipulátorem, je
však nazýván oprávněně, neboť zasahuje do činností chirurga, případně je
i mění podle toho, je-li pohyb chirurga vyhodnocen jako oprávněný a tedy
chtěný nebo náhodný či chybný.
Základem
systému
je
mechanismus
řízený
počítačem
a
ovládaný
chirurgem. Ten v průběhu celé operace sedí u konzole, umístěné poblíţ
pacienta a také robota, ze které celou operaci řídí. Součástí konzole je také
optický systém umoţňující trojrozměrný obraz. Chirurg má tak dojem, ţe se
dívá přímo do pacienta. Celý optický systém pracuje ve vysokém rozlišení, aby
nedocházelo ke zkreslení a chybám v důsledku nekvalitního obrazu. Zároveň
umoţňuje
aţ
patnáctinásobné
zvětšení,
coţ
bylo
v případě
obyčejné
laparoskopie nemyslitelné a v případě normální operace nemoţné. Někdo by
mohl namítnout, ţe takové zvětšení je jiţ zbytečné v tak malém prostoru, ale
toto zvětšení zde není jen pro detail obrazu. Slouţí rovněţ pro moţnosti práce
mikroskopického rozsahu vzhledem k naprosté eliminaci třesu rukou. Tím, ţe
systém umoţňuje 3D pohled do dutiny břišní, má chirurg lepší představu
o poloze nástroje a orgánů. Při běţné laparoskopii, kdy byl průběh sledován na
2D monitoru, doháněl chirurg hloubku ponoření nástroje pouze odhadem
a svými zkušenostmi. Systémem není dovolen ani náhodný svalový záškub
lékaře. Jakýkoliv prudký pohyb (nad hranici nastavitelné tolerance) je
systémem zastaven. Lékař pak musí provést pohyb znovu, pomaleji, nebo
nastavit vyšší toleranci rychlých pohybů. Pokud robot vyhodnotí pohyb
ovládání jako nesprávný (v rozporu s bezpečnostními protokoly), nepřenese
jej na ramena, dokud tento pohyb není opětovně chirurgem potvrzen. Stejně
tak nechtěné pohyby při ohlédnutí z okuláru jsou vyloučeny. Lékař potřebuje
v průběhu operace např. konzultovat další postup s přítomnými odborníky.
Pokud tedy přestane hledět do konzole, ramena robotu jsou okamţitě vypnuta
a
zůstávají
v poslední
poloze.
Celý
průběh
operace
je
samozřejmě
zaznamenáván, následně vyhodnocován dalšími experty a poučují se z něho
nejen lékaři, ale i robot, kterému se upravuje konfigurace pro jednotlivé
1
Zdroj: MM Spektrum < http://www.mmspektrum.com/clanek/robotika-vezdravotnictvi-dalsi-pokrok-chirurgie >
26
operace tak, aby bylo dosaţeno maximálních výsledků. Jiné nastavení je
potřebné pro apendektomii (odebrání přívěsku slepého střeva) a jiné pro
neurochirurgii. Dalším aspektem, který by neměl být opomenut je únava
lékaře. Pokud lékař operuje šest hodin s běţnými laparoskopickými nástroji,
kdy u pacienta stojí, zákonitě musí být unavený a vyčerpaný. Oproti tomu při
operaci s asistencí robota operatér sedí a má opřené ruce, coţ vede k výrazně
niţší únavě. Celý robotický systém včetně ovládací konzole je na obrázku 7.
Obrázek 7: Systém daVinci
http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2006042109
Operačními přístupy jsou malé řezy (do 10mm). Těmi jsou zavedeny do
těla pacienta troakáry, coţ jsou trubice, na které je napojen optický systém
a ramena
robota.
Nástroje
jsou
pomocí
převodů
a
pohonů
připojeny
k mechanismu robota. Ten je zapojen do výše zmíněné ovládací a zobrazovací
konzole. Pohyby chirurga se přenáší z konzole přes robotické rameno přímo na
nástroj v operačním poli. Tímto lze docílit nejjemnější manipulace nástroji,
neboť velikost poměru pohybu ovládacího prvku k velikosti skutečného pohybu
nástroje lze upravit nastavením. Všechny pohyby chirurga jsou zaznamenány,
vyhodnoceny a interpretovány počítačem. Teprve pak následně přeneseny na
ramena a nástroje. Vše se děje v reálném čase, ale pohyb, který do spojité
27
trajektorie nezapadá, je eliminován. Tím dochází k odstranění nebo alespoň
minimalizaci, jakéhosi „pohybového šumu“. Nástroje uvnitř těla pacienta mají
také dokonalou flexibilitu a schopnost otáčet se kolem další osy, která nebyla
při operacích „ruční“ laparoskopií moţná z důvodu přítomnosti lékaře, jehoţ
ruce, ve kterých drţel nástroje, se otočit nemohly. Také se mohou otočit
o 360°
kolem
své
vlastní
osy
za
ramenem.
Samotné
nástroje
jsou
konstruovány tak, ţe mají sedm stupňů volnosti.
Celý mikromechanický operační počítačový systém se tedy skládá
z chirurgické ovládací konzole, která má integrovanou obrazovku zajišťující 3D
obraz. Zařízení u pacienta se skládá z lehátka, těla robota a čtyř robotických
ramen, z nichţ jedno slouţí pro zavedení zobrazovacího zařízení a tři pro
zavedení nástrojů. Volitelně lze připevnit ještě čtvrtou nástrojovou paţi např.
pro vyjímání částí tkání z těla pacienta za pomoci sáčků, do kterých jsou části
tkáně umístěny a následně dutým ramenem vytaţeny ven. Zobrazovací
rameno
je
vybaveno
stereoskopický
pohled
dvěma
na
tříčipovými
operační
kamerami,
prostor.
Další
které
ramena
vytvářejí
nesou
mikrochirurgické operační nástroje. Na konci těchto ramen jsou pohyblivé
klouby, tzv. endoskopická zápěstí. Nástroje umoţňují širokou škálu úkonů,
jako jsou stříhání, řezání, stavění krvácení, šití a další. Protoţe i tyto nástroje
podléhají opotřebení, mají deklarovanou ţivotnost na přesný počet operací.
Nástroje mají i vlastní paměť, takţe při dosaţení určitého počtu zákroků se
automaticky pomocí čipu zablokují.
Samotné ovládání nemá podobu „joysticků“, ale spíše antropomorfních
rukou, které jsou osázeny mnoha senzory, snímači a také ovládáním. Chirurg
tak ovládá nástroje i ramena pomocí pohybu prstů i zápěstí. Na přepínání mezi
rameny a optickým systémem mu slouţí noţní pedály.
Robotická ramena jsou s ovládací konzolí propojena pomocí digitálního
spojení o několika stovkách kanálů. Silný propojovací kabel ovšem není
nutnou podmínkou. V praxi jiţ bylo ověřeno, ţe místo něj lze vyuţít 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 vyuţívá se spíše pro
prezentační účely.
Přesný
pohyb
nástrojů
je
zajištěn
pohony
s
krokovými
motory
a lankovým převodem. Díky mechanickému "zápěstí" mají nástroje vysokou
28
pohyblivost, kterou lze srovnat s lidskou rukou. Pořizovací cena celého zařízení
dosahuje 50 mil. korun, coţ není příliš mnoho, přirovnáme-li to k faktu, ţe
zachraňuje lidské ţivoty, avšak dost na to, pokud počítáme s rozpočty
nemocnic.
5.1.3 Cévní robotická chirurgie
Do cévní chirurgie pronikala robotika pomaleji neţ do jiných odvětví.
Hlavním důvodem je obtížnost šití cévního propojení (anastomózy) a přístup
k aortě a pánevním tepnám, které jsou uloženy hluboko u páteře1. Robotický
systém tak významným způsobem zjednodušuje a ulehčuje našití cévní
anastomózy a tím odstraňuje jeden z hlavních problémů laparoskopické cévní
chirurgie. Na druhé straně je nutno říci, ţe takzvaná roboticky asistovaná
cévní rekonstrukce probíhá kombinovaným způsobem. První fáze operace,
která je vlastně určitou „bojovou“ přípravou tepny, se provádí laparoskopicky.
Druhá část pak pokračuje roboticky. Rychlost, s jakou robot našije cévní
anastomózu tak zkrátí čas zákroku o třetinu aţ polovinu.
5.1.4 Výhody a nevýhody systému daVinci
Výhody pouţití 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 běţného ţivota.
Operace je sice draţší neţ klasický výkon, avšak výsledný efekt je
nevyčíslitelný.
Zkrácení doby
hospitalizace
(aţ
o
2/3)
a minimalizace
komplikací pak přináší i významný pozitivní ekonomický efekt.
Robotickými systémy lze jiţ v současnosti provádět více neţ 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 umoţňuje provedení zákroku jen ze tří přístupů velkých asi
5 mm. Klasicky je operační rána dlouhá 10 aţ 15 cm. V Kanadě se stejnými
1
Zdroj: 21. století < http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2006042109 >
29
přístroji operují bypassy na bijícím srdci, kdy se pacient vrací domů jiţ 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, ţe 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.
Paradoxem ovšem je, ţe tyto roboty vyrábí americká společnost, která je
vyváţí do téměř celého světa, a zároveň sídlí v jednom ze Spojených států,
kde se samotný robot pro operace stále ještě nepouţívá – v Kalifornii.
5.1.5 Intuitivní chirurgie daVinci
Celý projekt daVinci vyvinula firma Intuitive Surgical, coţ znamená
intuitivní operace. Není tím naznačeno, ţe by kaţdý, kdo se naučí ovládat
robota, se mohl stát chirurgem, ale naopak, kaţdý chirurg se snadno naučí
ovládat robota. Jak mají popsáno na svých webových stránkách1, ovládání
robota je pro chirurga velmi snadné a navíc celé optické zařízení je
elektronické, takţe trénink můţe probíhat v podobě simulačních programů.
Robot nasimuluje operaci dle zadaných parametrů a do zobrazovacího zařízení
ovládací konzole promítne obraz odpovídající pohledu do těla pacienta, včetně
nástrojů a virtuální operace můţe začít. Stejně tak se dá simulovat jakákoli
jiná naprogramovaná činnost, kterou má dotyčný „v zaškolení“ provést. Celý
tento tréninkový program by se pak dal přirovnat k počítačové hře „na
chirurgy“. Robot sleduje fyziologické funkce pacienta, dají se vytvářet
uţivatelem definované operace a simulovat aktuálně vzniklé komplikace.
5.1.6 daVinci v Čechách a ve světě
V České republice máme k dispozici zatím tři robotické systémy daVinci:
na pracovišti v Ústřední Vojenské nemocnici a v nemocnici Na Homolce v Praze
a ve Fakultní nemocnici U Svaté Anny v Brně, kde se provádějí výhradně
urologické zákroky.
1
Zdroj: < http://www.intuitivesurgical.com/ >
30
V nemocnici Na Homolce v Praze bylo robotické centrum otevřeno na
konci roku 2005. V současné době se na oddělení cévní chirurgie praţské
Nemocnice na Homolce roboticky provádějí některé cévní rekonstrukce
pánevních tepen a břišní aorty. Nemocnice a s ní i naši cévní chirurgové se tak
zařadili mezi několik málo světových pracovišť, kde jsou roboticky asistované
cévní rekonstrukce prováděny. Ta se dají spočítat na prstech jedné ruky. Do
budoucna zdejší lékaři plánují rozšíření „sortimentu“ takových zákroků i na
další typy cévních rekonstrukcí. Jinak se pracoviště Na Homolce věnuje
převáţně všeobecné chirurgii, urologii a gynekologii, občasně kardiochirurgii a
neurochirurgii.
Prvním vedoucím lékařem týmu pro robotickou chirurgii byl v nemocnici
Na Homolce MUDr. Petr Štádler, který v roce 2005 provedl v České Republice
první roboticky asistovanou cévní rekonstrukci a spolu s kolegy MUDr. Petrem
Vitáskem
a MUDr.
Pavlem
Matoušem
stále
provádějí
robotické
cévní
rekonstrukce pánevních tepen a aorty. Další oddělení pracující s robotem jsou
Všeobecná chirurgie (vedoucí MUDr. Michal Toběrný), Gynekologie (vedoucí
MUDr.
Daniel
Struppl),
Urologie
(vedoucí
MUDr.
Ivan
Kolombo)
a Kardiochirurgie (vedoucí prim. MUDr. Štěpán Černý). Zkušenosti těchto
lékařů s robotickým systémem jsou publikovány na stránkách Nemocnice Na
Homolce (viz [17]).
V současné době operuje ve světě cca 400 robotů, přičemţ zhruba 200
jich je v USA, a více neţ 100 v Evropě. První z nich byl nainstalován v roce
1998 v Lipsku1. Nejvíce jsou systémy daVinci rozšířeny v Itálii, kde jich je 23,
dále devět v Německu a sedm ve Francii. Zbytek Evropské disponibility robotů
je pak rozmístěn do Velké Británie, Belgie, Holandska, Švýcarska, Dánska,
Norska, Švédska, Španělska, Turecka i Rumunska a samozřejmě do České
republiky.
5.1.7 Původní záměr vývoje systému daVinci
Systém daVinci byl původně navrţen pro práci na letadlových lodích
americké armády, kde by bylo příliš neekonomické, aby kaţdá letadlová loď
měla vlastního vyškoleného chirurga. Tento specialista byl však na různých
lodích potřeba tak často, ţe namísto náročných dlouhých leteckých přesunů
1
Zdroj: NNH, <
http://www.homolka.cz/cz/centrum_roboticke_chirurgie/?p=3371 >
31
chirurga na příslušnou loď, kde byl potřeba, byl spuštěn tento projekt, se
záměrem vykonávat operaci z pozemní základny za pomoci satelitu (viz
kapitola 5.1.2). Civilní verze robota je k dispozici od roku 2000.
5.2 Pomocné roboty
5.2.1 Robot ve stomatologii
Robot CEREC je u nás celkem běţně pouţívaným robotem, pomáhajícím
ve zdravotnictví, konkrétně ve stomatologii. Robot dokáţe během jedné
návštěvy pacienta navrhnout a vyrobit celo-keramickou plombu, korunku
i faset. Celý jeho produkt pak stomatolog pouze nasadí a přilepí pacientovi. Ti
vidí výhodu hlavně v tom, ţe se výrazně zkrátí doba pobytu u lékaře
a následky po zákrocích jsou daleko mírnější neţ při zásahu dentisty.
Primární úkol robota je usnadnit výrobu keramických zubních korunek
a zrychlit tím ošetření pacienta. Název CEREC je zkratkou slov Chairsdie
Economical Restoration of Esthetic Ceramics1. Standardní lékařský postup je
při takovém zákroku zhotovení otisku defektu pacienta a jeho následné zaslání
do laboratoře, kde za několik dní lékaři zhotovili výplň. Ta byla pacientovi
umístěna do úst a jeho lékař zhodnotil, zda je provedena správně. Namísto
toho si robot zhotoví snímky očištěného defektu, tyto následně zpracuje a na
jejich základě vytvoří model náhrady a navrhne řešení. Lékař návrh můţe
opravit dle potřeb a anamnézy pacienta (např. změnit barvu, aby byla
v souladu s chrupem pacienta). Poté stomatolog odešle data do obráběcího
modulu robota (viz obrázek 8), kde dochází k vytváření konkrétní náhrady dle
zadaných
údajů.
Náhrada
se
vytváří
z keramických
polotovarů
a
její
vyhotovení trvá jen několik minut. Dentista zhotovenou náhradu umístí na
místo určení, kde ji připevní speciálním lepidlem. Pokud je lékař i pacient
spokojen, nechá se lepidlo pod UV lampou ztvrdnout a zákrok je hotov.
Jednou
z předních
výhod
je
vysoká
hygiena
oproti
standardním
postupům, kdy náhrada projde rukama několika lidí. Keramické polotovary
jsou velmi kvalitní, ale hlavně vţdy stejně kvalitní – záruka na výrobek od
robota CEREC je aţ 10 let, včetně biokompatibility s tkání pacienta.
1
Zdroj: Lekari-online.cz < http://www.lekarionline.cz/stomatologie/zakroky/cerex >
32
Vysoká pořizovací cena robota (cca 3 milióny) je zatím důvodem toho, ţe
na naší republice je zatím pouze 16 stomatologických pracovišť pouţívajících
tyto roboty.
Obrázek 8: Robot CEREC a jeho pracovní komora
http://www.fishersfamilydentistry.com/cerec.htm
http://www.lasergumdentist.com/CAD_CAM_CEREC.html
5.2.2 Systémy měření tlaků taktilními senzory ve zdravotnictví1
Jiţ zde byly zmíněny taktilní senzory coby snímače tlaku pro namáhané
svaly. Tyto senzory mají ve zdravotnictví ještě další vyuţití. Jedním z nich je
měřící
systém
pro
měření
statických
a dynamických
tlaků
s uţitím
v biomechanice.
Měření rozloţení tlaků při styku lidského těla s okolím je jednou
z nejdůleţitějších diagnostických neinvazivních metod, především v oblasti
ortopedie. Slouţí k určení rozloţení váhy na ploskách chodidel, zaznamenání
dynamického průběhu rozloţení tlaků při lidském kroku, či ke zjišťování
vhodné polohy při sezení člověka. Konstrukce snímače je podobná jako
v případě měření rehabilitovaného svalu. Zařízení se skládá z podloţky
osazené taktilními senzory – elastomery. Ty mění svůj elektrický odpor na
základě působícího tlaku. Vyhodnocení rozložení tlaku na ploše snímače je
umožněno maticovou úpravou snímače, tj. rozdělením plochy snímače na
elementární čidla. Snímač je moţné s vlastní řídící jednotkou připojit přímo
1
JMO, Jemná mechanika a optika, 5/2004, ČVUT
33
k PC. Zařízení je schopné pořídit v reţimu přímého zobrazení aţ 10 snímků za
vteřinu, v reţimu přímého zápisu na disk aţ 100 snímků za vteřinu. Tohoto
reţimu se vyuţívá zejména při sledování dynamických tlaků. Na 1GB lze
zaznamenat asi hodinu pozorování. Data se analyzují v PC dodatečně.
V reţimu krátkodobého měření s vysokou záznamovou rychlostí pak lze
zaznamenat aţ 300 snímků za vteřinu. Délka záznamu se pak můţe pohybovat
od jedné do deseti vteřin.
Pomocí tohoto zařízení mohou být okamţitě rozpoznány diagnózy jako
ploché nohy, skolióza, či nesprávné drţení těla. Takto je snadnější předcházet
trvalým
následkům
nebo
jinak
nenadálým
situacím
(např.
vyhřeznutí
ploténky). Bude-li v budoucnu robot určovat diagnózu pacientů – minimálně
robot ortoped – měl by být vybaven tímto zařízením.
Spojením techniky měření tlaků taktilními senzory a rehabilitací pak robot
můţe usnadňovat rehabilitační kurzy pro pacienty s protézami. Dokonce
robotická protéza vybavená těmito senzory můţe mnohem více usnadnit ţivot
postiţenému. Pomocí taktilních senzorů protéza sama rozpozná jakým tlakem
ještě působit proti skořápce vajíčka a jakým tlakem ještě je třeba působit při
zvedání cihly.
5.2.3 Robotizovaný oblek
Tlakových senzorů vyuţívá také robotizovaný oblek vyvinutý v Japonsku,
určený pro ty, kdo o pacienty pečují, přemísťují a zvedají. Jde o systém
22 vzduchových pump, který si pečovatel doslova oblékne. Jeho svaly jsou pak
v přímém kontaktu se senzory, a pokud se zatnou, senzory vyšlou signál
pumpám, které se rozeběhnou. Proces zvedání těţkých předmětů je tak
mnohem snazší a i pacienti zaznamenají jistě příjemnější pocity, neţ kdyţ je
zvedá samotný robot. Pečovatel sice vypadá jako Robocop, ale i tak dle
výzkumu1 pacienti preferují takto oblečenou lidskou bytost namísto robotů
samotných.
5.2.4 Asistence při stravování
Roboty, určené pro pomoc stárnoucím a nemohoucím lidem, se objevily
ve
velké
míře
na
veletrhu
„Home-Care
&
Rehabilitation
Exhibition”
v Japonském Tokiu, v roce 2007. Obrovský úspěch sklidil robot My Spoon od
1
Zdroj: < http://cestovani.doktorka.cz/starnouci-japonsko-se-obraci-knejmodernejsi-technologii/ >
34
firmy Secom Co. Tento robot, prodávaný v jak v Japonsku, tak i v Evropě1,
pomáhá starým nebo nemocným lidem jíst pomocí speciální ruky, na které má
upevněnu lţíci nebo vidličku. Tento robot získal také ocenění v kategorii
servisních robotů v roce 2006.
K ovládání tohoto robota můţe poslouţit joystick. V případě úplné
neschopnosti pohybu pacienta, lze robota naprogramovat tak, aby se s jídlem
zastavil v určité přednastavené pozici. Tyto dvě vlastnosti lze také kombinovat
tak, ţe si pomocí joysticku strávník vybere, co mu má robot podat. Zbytek uţ
stroj obstará sám.
Obrázek 9:Robot MySpoon
http://www.ubergizmo.com/15/archives/2006/12/my_spoon_robot_feeds_humans.htm
l
Zatím se vede mnoho diskusí, ale i studie o tom, jak takový krmící robot
působí na psychiku lidí a to nejen starých či nemocných. Některé rodiny si
dokonce robota pořídily za účelem krmení malých dětí, u kterých probíhá
rozvoj osobnosti, a tím byl značně omezen velice důleţitý kontakt s lidmi.
Zanedbávána je tímto péče o dítě, neboť existují i roboty, které bdí nad
bezpečím dítěte2 a zatím neexistují ţádné směrnice upravující pouţívání
asistenčních robotů.
5.2.5 Pojízdné křeslo se systémem GPS1
Japonské firmy Fujitsu Ltd. a Aisin Seiki Co. vyvinuly společně robotické
kolečkové křeslo, schopné samo dojet namísto určení. K pohybu pouţívá
systém
určování
polohy
GPS
a před
střetem
s překáţkou
ho
chrání
ultrazvukové senzory – sonary. Další bezpečnostní prvek je napojen na
kamerový systém a za pomoci softwaru dokáţe rozpoznat červený signál na
semaforu. Robot pak zastaví a další jízda pokračuje buď rozpoznáním zeleného
1
Source: < http://www.daylife.com/photo/0fb72bCeMc3hA >
Zdroj: < http://www.tyden.cz/rubriky/veda-a-technika/technologie/prichaziera-robotu-lidstvo-na-ni-neni-pripraveno_96838.html >
2
35
signálu, nebo slovním povelem. Slovními povely lze řídit a upravovat směr
jízdy během trasy a předejít tak situaci, kterou by musel řešit bezpečnostní
systém.
36
6 Budoucí uplatnění
6.1 Názory odborníků1
6.1.1 MUDr. Stanislav Czudek, CSc.
přednosta onkochirurgie, Mendel Oncological Center, Nový Jičín a lektor
Evropského institutu pro telechirurgii ve Strasbourgu:
Kdyţ poloţil Armstrong svoji stopu na Měsíci, nikdo netušil, co to bude
pro lidstvo znamenat. Kdyţ byla provedena Lindberghrova operace (operace
robotem na dálku přes Atlantik). Také nikdo netušil, co to bude pro lidstvo
znamenat. Určitě hodně. Je mi velice líto, ţe se nám první operaci "na dálku"
nepodařilo uskutečnit před Američany (z Francie do České republiky). Byli
jsme velice blízko cíle, ale politici a ekonomika rozhodli jinak – taková světová
priorita nemůţe přece jít směrem z Francie na východ (do České republiky),
ale na západ (do USA).
Tento druh chirurgie má v budoucnosti obrovské perspektivy. Osobně
více cítím s programem Evropské Unie „Dr. Congo“ – operace na dálku do
střední Afriky pomocí robotů, neţ s programem NASA – operace kosmonautů
na dálku, např. na Marsu…
V Evropě je několik center robotické chirurgie, která školí chirurgy
z celého světa. Jedním z nich je EITS (European Institute for TeleSurgery) ve
Strasbourgu. Jiţ celkem 10 let jsem lektorem v tomto Institutu, kde učíme
široké
spektrum
operací
pomocí
robota
–
operace
ţlučníku,
jícnu,
fundoplikace2, operace ţaludku, střev, kýly, atd. Určitou nevýhodou těchto
operací je jejich finanční a časová náročnost. Chce-li však česká chirurgie
drţet krok se světovou, musí mít centrum robotické chirurgie. Nemocnice
Homolka určitě kritéria takového centra splňuje.
6.1.2 Prof. MUDr. Ivan Čapov, CSc.
přednosta I. chirurgické kliniky Fakultní nemocnice u sv. Anny, Brno:
1
Zdroj: NNH,
< http://www.homolka.cz/cz/centrum_roboticke_chirurgie/?p=3376 >, doslovné
citace
2
Jedná se o miniinvazivní operaci při gastroesofageálním refluxu (návrat
ţaludečního obsahu do jícnu) u pacientů s brániční kýlou.
37
Jedině v těch zařízeních, kde je budována robotická chirurgie na základě
mezioborové spolupráce, má smysl. Profituje z ní samozřejmě i břišní a hrudní
chirurgie. V oblasti hrudní chirurgie se jiţ hovoří o tzv. "RATS – Robotic
Assisted Thoracic Surgery" (analogické k VATS). Předpokládám, ţe RATS se
bude týkat větších zákroků v pleurální dutině, tedy anatomických plicních
resekcí, zákroků na bránici a zákroků v mezihrudí (jícnová chirurgie, chirurgie
thymu, nádory mezihrudí). Bude se jednat tedy o operace sloţitější, kde bude
vyuţito RCh. V oblasti břišní chirurgie pak oblast chirurgie GIT, bariatrické
chirurgie, adrenalektomie apod.
6.1.3 Prof. MUDr. Miroslav Pacík, CSc.
přednosta Urologické kliniky Fakultní nemocnice Brno:
V urologii se nejedná jenom o budoucnost, ale i o současnost. Radikální
retropubická prostatektomie (operace prováděná u muţe s počínajícím
stadiem rakoviny prostaty s cílem toto onemocnění definitivně vyléčit) je ve
světě jiţ nyní absolutně nejčastěji prováděnou roboticky asistovanou operací
vůbec. Vzhledem k tomu, ţe rakovina prostaty je třetí nejčastější příčina úmrtí
muţe na zhoubný nádor v ČR, význam potřeby této operace vysvítá poměrně
jasně. V souvislosti s chystaným programem časné detekce karcinomu
prostaty u informovaného pacienta v ČR lze doufat, ţe dostupnost této
operace prováděné roboticky se i u nás rozšíří jako jinde ve světě.
6.1.4 Marek Šetina, CSc.
Primář Kardiochirurgického oddělení Nemocnice České Budějovice, a.s.:
Postavení
robotů
v
kardiochirurgii
je
sloţitější
neţ
v
ostatních
chirurgických oborech. Je to logické. I přesto, ţe existuje několik pracovišť,
která se endoskopickými technikami intenzivně zabývají, ani endoskopie
nedoznala v kardiochirurgii většího rozšíření. To je dáno určitými specifiky
kardiochirurgie (mimotělní oběh, nutnost srdeční zástavy apod.).
Vzhledem
k
technickým
limitům
současné
generace
robotů
i k nezanedbatelným finančním nákladům se nezdá pravděpodobné, ţe by
v krátkodobém výhledu došlo v kardiochirurgii k jejich většímu uplatnění.
Je ale nesporné, ţe význam nových technologií v medicíně se bude
zvyšovat. Se zlepšenými technickými schopnostmi bude i uplatnění robotů
narůstat. Vývoj dalších generací robotů bude ale náročný a nákladný.
38
Předpokládám, ţe zapojení robotů do široké, rutinní kardiochirurgické
praxe je pravděpodobné, ale bude to v horizontu mnoha, pravděpodobně
desítek, let.
6.2 Ovládání robotů myslí
Zařízení NIA (Neural Impulse Actuator) od firmy OCZ Technology je
schopno rozpoznat mozkové vlny na podobném principu jako EEG. Dnes je
velice známá hra, kde pomocí mysli proti sobě na stole posunují kuličku dva
protihráči. Princip spočívá v naprosté soustředěnosti. Zařízení bylo původně
vyrobeno se záměrem pro pouţívání v lékařství, ale zatím se pouţívá jako
herní ovladač – nahrazuje myš, joystick i klávesnici najednou. K uvedení na
trh jako prostředek k ovládání her se firma rozhodla proto, aby své zařízení
mohla otestovat a zdokonalovat. Jde o zajímavý marketingový tah, protoţe
vášniví hráči jsou ochotni utratit neskutečné částky jen pro lepší poţitek ze hry
a ovládání hry pouze pomocí mysli je opravdu lákavá nabídka.
Pokud toto zařízené bude úspěšné, čemuţ zatím vše nasvědčuje, jeho
moţnosti vyuţití budou velmi široké. Lidé nacházející se téměř ve vegetativním
stavu, komunikující pouze pomocí očních víček by se mohli domluvit s okolím
pomocí hlasového syntetizátoru (pouze by mysleli na to, co chtějí říct a počítač
by myšlenku reprodukoval), stali by se nezávislými a jejich kvalita ţivota by se
podstatně zlepšila.
I kdyţ uţ po cca šestihodinovém tréninku lze bez problému ovládat
libovolnou hru či simulátor aniţ by se hráč čehokoliv dotkl, je tento projekt
zatím stále ve fázi vývoje a o napojení na roboty zatím mluvit nemůţeme.
Pocity při ovládání jsou podobné, jako kdyţ se člověk soustředí na to, aby
natáhl ruku.
39
7 Závěr
Vývoj robotů neustále roste. V současné době se vynakládají prostředky
na výzkum konativních robotů. Konativní roboty jsou roboty, jejichţ cílem je
snaha (z lat. konatus = snaha, úsilí). Robot si sám klade cíle, kterých chce
dosáhnout a následně řeší problematiku cest vedoucích k tomuto cíli. Pokud
tuto hypotézu aplikujeme do zdravotnictví, měl by takový robot být schopen
zastat práci všech lidí v nemocnici. Nalézt pacienta a při vyšetření najít
problém,
např.
zanícený
přívěsek
slepého
střeva,
udělat
předoperační
vyšetření, lokalizovat přesně apendix a provést operaci. Stejně tak by měl
vytřít chodbu, kdyţ uvidí, ţe není čistá. Samozřejmě se stanovením priorit cílů.
Takové chování jiţ bude srovnatelné s jednáním lidí. Člověk si sám stanovuje
cíle, aniţ by měl předem určeno co má nebo nemá dělat. Roboty budou (by
byly) vzájemně propojeny, takţe nebude docházet k interakcím, ale naopak
k dokonalým shodám.
V lékařství je robotika zaváděna pro usnadnění práce a pohodlí. Nebude
tak nikdy na prvním místě, protoţe jsou stále odvětví, kde bude robotů
zapotřebí
více.
Jde
o
rizikový
faktor.
V oblasti
nukleárního
výzkumu,
podmořského a kosmického výzkumu, armádního průmyslu a dalších má robot
vţdy přednost před lékařstvím. V těchto oblastech robot zabraňuje vzniku
neštěstí, kdeţto ve zdravotnictví většinou pomáhá s operacemi chirurgů,
rehabilitací svalů apod. To jsou aspekty, kde se řeší problém jiţ vzniklý a jde
o zlepšení kvality ţivota nebo o zmírnění nutných nepříjemností. Jelikoţ
nemoci i přirozená smrt patří k ţivotu, kapacita planety je omezená, nebude
tento účel pro roboty nikdy na prvním místě.
40
8 Zdroje
[1]
KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008 (ISBN 80–248-0626–6)
[2]
Internet: Wikipedie: Robot, < http://cs.wikipedia.org/Robot >
[3]
ŠOLC F., ŢALUD L.: Robotika. VUT Brno, 2002
[4]
Internet: Věda.cz < http://www.veda.cz/article.do?articleId=11349 >
[5]
Internet: Automatizace < http://www.automatizace.cz/article.php?a=667 >
[6]
Časopis: The IMAPS International Journal of Microcircuits & Electronic
Packaging, Volume 20, No. 1, 1997, International Microelectronics and
Packaging Society (anglicky)
[7]
Internet: Věda.cz < http://www.veda.cz/article.do?articleId=14517 >
[8]
Časopis: JMO, Jemná mechanika a optika, 5/2004, ČVUT
[9]
Internet: Lekari-online.cz
< http://www.lekari-online.cz/stomatologie/zakroky/cerex >
[10]
Internet: Doktorka.cz < http://cestovani.doktorka.cz/starnouci-japonsko-seobraci-k-nejmodernejsi-technologii/ >
[11]
Internet: DayLife.com < http://www.daylife.com/photo/0fb72bCeMc3hA >
(anglicky)
[12]
Internet: Týden.cz < http://www.tyden.cz/rubriky/veda-atechnika/technologie/prichazi-era-robotu-lidstvo-na-ni-nenipripraveno_96838.html >
[13]
KÁRNÍK, L., KNOFLÍČEK, R., MARCINČIN, J., N., Mobilní roboty, Opava: MÁRFY
SLEZSKO, 2000 (ISBN 80-902746-2-5)
[14]
SKAŘUPA, J., MOSTÝN, V., Teória priemyslových robotov. 1. vydanie. Edícia
vedeckej a odbornej literatúry, Strojnícka fakulta TU v Košiciach, Vienala
Košice, 2001 (slovensky)
(ISBN 80-88922-35-6)
[15]
Internet: Wikipedie: Karel (programovací jazyk)
< http://cs.wikipedia.org/wiki/Karel_(programovací_jazyk) >
[16]
Internet: MM Spektrum < http://www.mmspektrum.com/clanek/robotika-vezdravotnictvi-dalsi-pokrok-chirurgie >
[17]
Internet: Nemocnice na Homolce
< http://www.homolka.cz/cz/centrum_roboticke_chirurgie/?p=3355 >
[18]
Časopis/Internet: ATP Journal: < http://atpjournal.sk/casopisy/atp_03/pdf/atp2003-2-70.pdf > (slovensky)
[19]
NOVÁK-MARCINČIN, Jozef – SMRČEK, Juraj, Biorobotika – teória, princípy
a aplikácia v technickej praxi, Košice, 1998. (slovensky)
41
[20]
Internet: 21.stotení
< http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2006042109 >
[21]
Internet: The Intuitive Surgical < http://www.intuitivesurgical.com > (anglicky)
[22]
Zdroj: Nemocnice Na Homolce,
< http://www.homolka.cz/cz/centrum_roboticke_chirurgie/?p=3371 >
[23]
Internet: Fishers Family Dentistry
< http://www.fishersfamilydentistry.com/cerec.htm > (anglicky)
[24]
Internet: Laser Gum Dentist
< http://www.lasergumdentist.com/CAD_CAM_CEREC.html >(anglicky)
[25]
Zdroj: Nemocnice Na Homolce, doslovné citace názorů lékařů
< http://www.homolka.cz/cz/centrum_roboticke_chirurgie/?p=3376 >
[26]
Internet: OCZ,
< http://www.ocztechnology.com/products/ocz_peripherals/nianeural_impulse_actuator > (anglicky)
[27]
LIN, Michael:
< http://hothardware.com/Articles/OCZ_NIA_BrainComputer_Interface/
> (anglicky)
[28]
Časopis: BSMEE, ActaTechnicaBelcica, European Journal of Mechanical
and Environmental Engineering, Vol. 41. No1, 1996, ISSN 0035-3612
42
9 Seznam obrázků
Obrázek 1: Schéma zapojení aktivních členů pro pohyb robota.
Zdroj: http://atpjournal.sk/casopisy/atp_03/pdf/atp-2003-2-70.pdf
Obrázek 2: Diferenciální podvozek.
Zdroj: KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008, str. 62
Obrázek 3: Kolečkové křeslo s Ackermanovým podvozkem.
Zdroj: KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008, str. 72
Obrázek 4: Všesměrová kola.
Zdroj: KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008, str. 80
Obrázek 5: Průzkumný robot na všesměrových kolech
Zdroj: KÁRNÍK, Ladislav, Servisní roboty, Ostrava, 2008, str. 88
Obrázek 6: Tenzometrický senzor s elastomery.
Zdroj: Časopis: The IMAPS International Journal of Microcircuits &
Electronic Packaging, Volume 20, No. 1, 1997, (anglicky), str. 41
Obrázek 7: Systém daVinci.
Zdroj: http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2006042109
Obrázek 8: Robot CEREC a jeho pracovní komora.
Zdroj: http://www.fishersfamilydentistry.com/cerec.htm a
http://www.lasergumdentist.com/CAD_CAM_CEREC.html
Obrázek 9: Robot MySpoon.
Zdroj:http://www.ubergizmo.com/15/archives/2006/12/my_spoon_robot_feeds
_humans.html
43
10 Obrázková příloha
10.1 Robot Bear1
1
Zdroj: http://staff.fcps.net, http://www.richardbanks.com,
http://robocam.blogfa.com, http://www.lifeinthefastlane.ca, http://armytimes.com
10.2 Robot daVinci1
1
Zdroj: < http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2006042109 >
10.2.1
Robot daVinci v nemocnici Na Homolce

Podobné dokumenty

Jak spolupracovat s médii - Press servis

Jak spolupracovat s médii - Press servis jeho názoru jsme banda grázlů, není nic, s čím bychom se měli obracet na ČTK (viz kapitola Útoky v médiích a krizová komunikace). Pokud ale nějaké médium zveřejní nepravdivou informaci, že náš ředi...

Více

Metodická příručka

Metodická příručka resuscitaci a lezli po lanových překážkách. Dozvěděl jsem se, že mělo jít o výuku vzkříšené a aktualizované branné výchovy. Vyplynulo také, že bychom si já i moji kamarádi, budoucí členové re...

Více

Bakalárská práce

Bakalárská práce a vypočı́tává posunutı́ dvou po sobě jdoucı́ch snı́mků. Tato metoda je méně robustnı́,

Více

Uèební text - střední škola elektrotechnická, ostrava, na jízdárně 30, po

Uèební text - střední škola elektrotechnická, ostrava, na jízdárně 30, po možno formulovat je v podobě vývojového diagramu. Potom by měl být schopen toto ve vybraném programovacím jazyce převést na algoritmus, který bude provádět požadovanou činnost. Začínající uživatelé...

Více

Model TAXBEN pro hodnocení dopadů daňových - IDEA - cerge-ei

Model TAXBEN pro hodnocení dopadů daňových - IDEA - cerge-ei poplatník daň neplatí, ale také zápornou daň neinkasuje. To platí s výjimkou poplatníků, kteří uplatňují daňovou slevu na dítě, která může být záporná až do maximální výše daňového bonusu. Výpočet ...

Více

BAKAL´AˇRSK´A PR´ACE

BAKAL´AˇRSK´A PR´ACE Při vytvářenı́ robotických aplikacı́ programátor narážı́ na problém testovánı́ napsaného kódu. Pokud je kód psaný pro reálný hardware, je testovánı́ na tomto hardwaru nebezpečné, ...

Více