A legjobb orvosi robotokat a betegápolók tapasztalatainak felhasználásával gyártják

A COVID-19 világjárvány és az általa felszínre hozott szakképzett munkaerőhiány óta a robotika (és annak ipari alkalmazása) iránti érdeklődés felgyorsult. Ma már teljes létjogosultsága van a robotok használatának szinte minden orvosi alkalmazási esetben. Az ilyen felhasználást kielégítő konstrukciók többek között a professzionális szintű autonóm földi járművek (AGV-k), az automatizált tesztállomások és a páciens-támogató rendszerek, amelyek a kórházakban és más gyógykezelési környezetekben használt legfejlettebb sebészeti robotikát egészítik ki. A gyógykezelési használati feltételeket kielégítő robotkonstrukciókkal olyan háztartási berendezések formájában is találkozhatunk, amelyek javítani tudnak azoknak az embereknek az életminőségén, akik saját otthonukban az egészségügyi problémáik és öregedésük ellenére is meg kívánják őrizni mobilitásukat és függetlenségüket.

1. ábra: Orvosi robotokkal különböző formákban találkozhatunk. Egyesekkel egyszerűen az unalmas feladatokat automatizálják vagy azokat, amelyeknél az emberi hiba esélye nagyobb (kép: Getty Images)

Bár nem tartozik e cikk tárgyához, érdemes megjegyezni, hogy egyes robotkonstrukcióknál számos olyan technológiai fejlesztést adaptáltak, amelyeket az otthoni biztonsági felügyeleti (beleértve a videorendszereket) és a HVAC-típusú energiafogyasztás-figyelési esetekben alkalmaznak a tárgyak internetén (IoT) alapuló, otthoni automatizálásban segítő és rendszerek közötti interoperabilitást megvalósító egészségügyi segítséget nyújtó robotok számára. Például, néhány alapvető IoT-módszert már alkalmaznak, hogy segítsenek az otthonukat elhagyni nem kívánó idősödő embereknek a (néha bonyolult) gyógyszerbevételi időrend betartásában.

Az orvosi robotika egy másik virágzó ágát képezik az exoskeletonok, melyekben a protéziseket, az ortéziseket és a viselhető eszközöket kombinálják az idősek mozgásának segítése céljából, valamint a raktári és egyéb gyári személyzet munkájának megkönnyítésére és a sérülések elkerülésére a nagyobb erőkifejtést igénylő manuális feladatok során. A tárgyalt technológiák közül sok olyan innovációkból származik, amelyeket először katonai célokra alkalmaztak. Majdnem mindegyikük IoT-kapcsolódási képességel rendelkezik és érzékelőegységeket is tartalmaz visszajelzéshez.

2. ábra: Az FSR 400-as sorozatú egyzónás erőérzékelő ellenállásai robusztus polimer vastagréteg technológiás eszközök, amelyek ellenállása a rájuk gyakorolt erő növekedésével csökken. Érzékenységüknek köszönhetően alkalmasak az ember-gép interfészek, az orvosi rendszerek és a robotika területén történő felhasználásra (kép: Interlink Electronics)

Növekedésre kész dinamikus piac

A kórházakban és más egészségügyi létesítményekben a robotok a következőkben segítenek:

• Javítják a kényes eljárások, például a minimálisan invazív sebészeti eljárások és robottal támogatott más sebészeti beavatkozások megismételhetőségét.
• Elvégezhetik az egészségügyi személyzet számára az elfogadhatónál hosszabb ideig tartó hétköznapi feladatokat. Ilyenek például az AGV-k, amelyek ágyneműt és egyéb szennyest szállítanak a szerteágazó létesítményekben.
• Segítséget nyújtanak olyan munkákban, amelyek nem biztonságosak a gondozók számára. Ilyen például a betegemelés valamint a robotágyak, melyek meggkönnyítik a mozgásképtelen személyeknek az ágyból a székbe juttatását illetve fordítva.
• Kiegészítik az automatizált rendszereket adatgyűjtéssel és adatkövetéssel. Nézze meg az RFID használata a betegbiztonság növelésére és a bevételek védelmére című online videóbemutatót, ha többet szeretne megtudni erről a témáról.
• Gyógyszerek és laboratóriumi minták autonóm begyűjtése és szállítása (a védett betegadatok felhasználásával).

Az ilyen fejlesztések kibővíthetik az ápolók, az orvosok és a kórházi takarítók, valamint a karbantartó személyzet kapacitását. Lehetőséget kínálnak továbbá a kiszámítható és ismétlődő feladatok előre programozására, valamint a különböző kórházi rendszerekből származó információk felhasználására – a betegellátás folyamatos javítása valamint az orvosi kutatások és fejlesztések támogatása érdekében.

3. ábra: Elektronikusan kommutált vagy szénkefe nélküli egyenáramú (BLDC) motorokat használnak egyes orvosi robotokban, hogy segítsék a kar és a kéz mozgásában korlátozott betegek végtagi mozgásainak újratanítását és kondicionálását. Az ilyen motorok ugyanis különösen kompaktak és jó hatásfokúak (kép: Portescap)

A sebészeti robotika továbbra is vezető szerepet tölt be az orvosi terület egyre fokozódó automatizálásában, ahogyan a múltban is, most is megkönnyítve a sebészek munkáját, és egyre inkább kihasználva a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás előnyeit. A Fortune Business Insights jelentése szerint a sebészeti robotok piaca 2026-ra közel 6,8 milliárd dollárra fog nőni, és ez nem is csoda, hiszen a számítógépes segédrendszerek bizonyítottan segítik a sebészeket abban, hogy a nagyított képekkel és a pontos, fáradtságtól, remegéstől és zavaró tényezőktől mentes mozdulatok elvégezhetőségével javítsák a műtétek sikerességét.

4. ábra: Az ND-sorozat -20 °C és +85 °C közötti kibővített üzemi hőmérséklettartományban való használatot biztosít, míg a nyomásérzékelők a széles dinamikájuknak köszönhetően fél tucat hagyományosabb kialakítású érzékelő szerepét képesek ellátni. Pontosítva, ezek az alkatrészek integrált elektronikát, korszerű piezorezisztív elemeket, egy ADC-t, egy DSP-t és egy digitális interfészt tartalmaznak a nyomás nyomon követésére 0,25 in. H₂O-tól 5 psi-ig, különböző konstrukciókban történő felhasználáshoz – beleértve az automatizált szemsebészeti berendezéseket és az autonóm járműveket is (kép: Superior Sensor Technology Inc.)

Egyéb tervezési megfontolások az orvosi robotok esetében

A legjobb orvosi robotok a nagy gyakorlattal rendelkező kórházi személyzet, valamint más egészségügyi szakemberek és gondozók tapasztalatai és tanácsai alapján készülnek. Ez a közreműködés és az emberi anatómia alapos ismerete segíthet a robottervezőknek abban, hogy megfelelő pontosságú és manőverezhetőségű robotokat tervezzenek, legyen szó akár áruszállításról, betegápolásról, gyógyszeradagolásról vagy sebészeti használatról. Ahol az orvosi robotok a valós idejű információkhoz IoT-adatrendszerekre támaszkodnak, ott kulcsfontosságú, hogy kompatibilisek legyenek a meglévő kórházi hálózatokkal.

5. ábra: Egyéb alkatrészek mellett a húzó-nyomó erőmérő cellák biztosítják a betegemelők megfelelő, és a tervezési specifikációkon belüli működését (kép: Loadstar Sensors)

Az orvosi robotok gyártói számára fontos követelmények

Az orvosi robotikai mérnököknek, szoftverfejlesztőknek és alkatrész-beszállítóknak széleskörű ismeretekkel kell rendelkezniük a motorizálni vagy automatizálni kívánt betegápolási, kezelési, sebészeti vagy más eljárás esetében alkalmazott bevált gyakorlatokról. Szintén alaposan ismerni kell a mögöttes üzleti követelményeket, az iparágon belüli életképes monetizációs lehetőségekkel egyetemben.

A beteginformációk tárolásával kapcsolatos minden rendszer esetében biztonságos adatkezelést kell megvalósítani. Ez vonatkozik mind a strukturált (adatbázisokban tárolt), mind a szövegtároló rendszerekben tárolt strukturálatlan adatokra. A kiváló hálózati integrációs és analitikai képességek kulcsfontosságúak ahhoz, hogy a rendszer előrejelző és adaptív viselkedésével igazolni lehessen az extra fejlesztési ráfordítást az adatkezelés terén.

Adatkezelési szempontok és megfontolások orvosi robotoknál

Teljes körű bevezetése előtt minden orvosi robotrendszert ki kell értékelni a betegek biztonságának befolyásolása, az általuk nyújtott kezelés komfortossága és a végkimenetelek sikeressége szempontjából. Tanulmányozni kell a korábbi megvalósításokkal megvalósított eredményeket a betegfelépülési ráta javulásának és a költségcsökkentésnek a számszerűsítése érdekében. Az orvosi robotikai programokat abból a szempontból is értékelni kell, hogy hogyan szabadítják fel a meglévő kórházi személyzetet, hogy nagyobb figyelmet tudjanak fordítani magára a betegápolásra, történjen az akár személyesen, akár a távolból. Amennyiben a robotok használata bizonyítottan javítja a minőségi ellátást, a betegek elégedettségét és a hatékonyságot – vagyis támogatja a kórházi rendszerek alapvető célját –, a kórházi vezetőknek szerepet kell vállalniuk abban, hogy ezeket az előnyöket a kórházi személyzet és a helyi közösség felé kommunikálják.

A személyzet kiképzése az orvosi robotok által kínált funkciók használatára

Az orvosi robothasználatot bevezető egészségügyi szervezeteknek biztosítaniuk kell, hogy az alkalmazandó technológiáknak megfelelő ápolói szakértelem meglegyen. Az új robotrendszerekkel kapcsolatba kerülő összes kórházi alkalmazott számára előzetes és folyamatos képzési programokat szükséges szervezni és megvalósítani. Ilyen téren nem biztos, hogy léteznek szabványos képzési módszerek, ezért a szervezeteknek olyan partnereket kell keresniük, akik szükség szerint megfelelő képzési modulokat tudnak ajánljani és elkészíteni. A robottechnika biztonságos működtetésére és (adott esetben annak) karbantartására vonatkozó képzésen kívül az ilyen oktatásnak a biztosítási dokumentációra és a számlázásra vonatkozó eljárásokra is ki kell terjednie, kiegészítve azt a kórházi személyzet számára könnyen hozzáférhető kézikönyvekkel és digitális továbbképzési modulokkal.

Hálózatokra épülő műveleteket támogató adatkezelés

Az adatok rendelkezésre állása a mesterséges intelligenciával karöltve optimalizálhatja a berendezések feletti ellenőrzést, és ugyanakkor mély betekintést nyújthat a különböző robotizált eljárásokba is. Ezután, a kiépített kommunikációs hálózatoknak köszönhetően a berendezések összekapcsoltsága lehetővé teszi a kórházak számára az adatok elemzését a robotprogramok hatékonyságának kiértékelése céljából, ami különösen hasznos, ha a kórházi vezetés egy adott robotikai program szélesebb körű implementálását fontolgatja.

6. ábra: Az USB kábelen és hálózatokon keresztüli soros kapcsolatot megvalósító termékek megfelelő interfészek lehetnek az orvosi robotika és az eredetileg hálózatba kapcsolhatóságra nem tervezett berendezések közötti kapcsolat megvalósítására. Az adatkapcsolati megoldások a szigorúan ellenőrzött környezetek felügyeletére is alkalmasak, valamint a mobil robotokkal létesített kapcsolatok biztonságosságának és megbízhatóságának fenntartására (kép: Digi)

A szabályozási követelmények teljesítéséhez szükséges adatok

Egységes adatkezelési rendszerekkel a több telephelyes és az önálló kórházak, valamint a klinikák és a sebészeti központok hatékonyabban tudják igazolni a kormányzati és ipari előírások betartását. Az orvosi robotikát alkalmazó telephelyek nagyobb valószínűséggel rendelkeznek egységesített hálózatokkal, vagy legalábbis szabványosított módszerekkel a különálló rendszerek összekapcsolására. Kritikus feladatokat ellátó robotberendezésekkel való bővítés szempontjából kedvező, hogy a legtöbb egészségügyi intézmény már rendelkezik gyorsreagálású áramellátási és adatmentési rendszerekkel.

7. ábra: Az orvosi minősítésű leválasztó transzformátorok folyamatos zajszűréssel és a bemeneti váltakozó feszültségtől való 100%-os leválasztással biztosítják a robotok és más berendezések zavartalan működését. Az UL 60601-1 szabványnak megfelelő orvosi besorolás valamint a kórházi minősítésű dugaszok és konnektorok alkalmassá teszik ezeket a transzformátorokat a betegellátó helyiségek elektronikus berendezéseinek védelmére (kép: Tripp Lite)

Természetesen az orvosi robotok szigorú fizikai és kiberbiztonságot igényelnek. Ez gyakran azt jelenti, hogy a robotok hajtásaihoz, vezérlőihez, kommunikációs hálózataihoz és adattárolóihoz való hozzáférés csak szigorúan korlátozott és ellenőrzött módon lehetséges. Az ipari, beszállítói és kormányzati előírásokat szigorúan be kell tartani és dokumentálni kell.

Összegzés

Az elmúlt évtizedben az Egyesült Államok gyógyászati iparán belül a robotika bevezetése töretlenül folytatódott. Ezek a beruházások valószínűleg folytatódni fognak, mivel az öregedő népesség egyre nagyobb mértékben támaszkodik erre az iparágra – még akkor is, ha a kórházak költségvetése országszerte komoly kihívásokkal néz szembe. Végső soron azonban a működtetési költségeket illetően a robotika hosszú távú megtakarításokat kínál számos rutinszerű egészségügyi ellátás terén, nem is beszélve arról, hogy a műtétek és egyéb kezelések maximális pontosággal és minimálisan invazívan a legfejlettebb módszerekkel végezhetők.

A fenntartások itt azok, hogy a robotika bevezetése megköveteli a kórházi ápolás megvalósításához kapcsolódó szükségletek és a megfelelő robotikai megoldások egyértelmű feltérképezését, a kivételesen szigorú szabályozási követelmények teljesítését és olyan orvostechnológiai beszállítókkal való együttműködést, akik hosszú távra szóló ügyféltámogatásra képesek. A legkevesebb az, hogy a legtöbb nagyobb kórházi létesítményben a robotikai és automatizálási programok terén megfelelő szakértelemmel rendelkező külön kapcsolattartó személyekre van szükség a folyamatos fejlesztések koordinálásához.

Végezetül, az orvosi robotok által kínált előnyöket illetve hátrányokat a betegbiztonság és kényelem, valamint az eljárások vagy kezelések hatékonysága és eredményessége szempontjából is alaposan ki kell értékelni.