Робототехника представляет собой естественное логическое продолжение техники как явления. Термин «робот» появился впервые в 1921 г. в пьесе чешского писателя Карла Чапека Р.У.Р. («Россумские Универсальные Роботы»).
Робот, от чеш. robota-подневольный труд, в технике означает автоматическое устройство, выполняющее заданные заложенным алгоритмом действия, в фантастике же это человекоподобное устройство, обладающее собственным интеллектом. Если бы писатели-фантасты не разработали идеи о роботах, их применении, вполне вероятно, что ученые не занялись бы исследованиями в области робототехники. В 1942 г. в рассказе «Хоровод» американский писатель-фантаст Айзек Азимов впервые сформулировал 3 закона робототехники, которые не потеряли своей актуальности в XXI в., и, возможно, в недалеком будущем, когда будет решена проблема создания искусственного интеллекта, эти законы будут взяты за основу при создании роботов.
Медицинская робототехника -это большой шаг в развитии медицины. Существуют различные направления в данной отрасли: роботы-хирурги, роботы-манипуляторы, роботы для диагностики, роботизированные протезы и др. Первые медицинские роботы произошли от промышленных манипуляторов и в медицине используются не так широко, как в машиностроении, химической, горнодобывающей промышленностях, а также в атомной энергетике в силу сложности проектирования систем и индивидуальности каждой операции. На сегодняшний день операции нельзя полностью автоматизировать или выполнять более качественно, чем это делается под управлением хирурга, поэтому применяется комбинированное управление, позволяющее совмещать преимущества автоматики и опыт хирурга. С развитием компьютерной техники стало возможным проводить сложные многочасовые операции с ювелирной точностью, которая недоступна даже лучшему из хирургов, риск врачебной ошибки сводится к минимуму, но со сложностью проводимых операций возрастают и требования к медицинским роботам:
- прогнозирование и моделирование возможных осложнений;
- программная защита от возможных ошибок хирурга;
- в системах, где усилие рабочего органа является переменной величиной, необходимо использование обратной связи для полного контроля над приложенной силой;
- возможность в любой момент отключить контуры автоматического управления системы и управлять ей вручную;
- в случае отказа системы, либо ее обесточивания, система должна оставаться в том же положении до устранения неисправности;
- компактность и небольшой вес робота;
- простота и логичность использования аппарата.
Робот сам по себе является лишь одним из элементов большой конструкции, призванной помочь хирургу в подготовке и проведении манипуляций, а также послеоперационному наблюдению за пациентом. Существует большое количество классификаций медицинских роботов, в зависимости от того, с какой точки зрения они рассматриваются. Их можно классифицировать по конструкции манипулятора, уровню автономности, по назначению (для каких операций они предназначены), и т.д. Можно предположить, что с развитием робототехники современные классификации медицинских роботов будут изменяться. Классификация, предложенная профессором Тэйлором Расселом, разработчиком хирургических роботов, и Дэном Стояновичи, включает в себя две большие группы: хирургические системы автоматизированного проектирования и производства (surgicalCAD/CAMsystems), и ассистенты хирурга (surgicalassistants).
Проектирование роботов и робототехнических систем
... рассматриваемой технологической операции. В процессе выполнения этого этапа работы анализируются точность ... механической обработки, штамповки или литья. Курсовой проект преследует цель закрепить теоретические ... техники, позволяющих создать производственные системы, отличающиеся простотой управления и ... также облегчает захват манипулятором робота. Автоматическое ориентирование данной заготовки ...
Первая группа предполагает планирование предстоящей операции путем создания трехмерных моделей с использованием рентгенографии и навигаторов и использовании роботов совместно с традиционными инструментами для проведения операции, а также интраоперационное моделирование операции для подтверждения правильности плана проведения операции.
Вторая группа делится на две подгруппы: для расширения возможностей хирурга — устраняется дрожание рук хирурга, проводятся сложные операции внутри тела пациента, что уменьшает возможность летального исхода, сокращается время проведения операции, и вспомогательные хирургические механизмы, которые держат эндоскоп или осуществляют ретракцию, они могут управляться устройством слежения за положением головы хирурга, джойстиком, и даже голосовым управлением.
История развития
Накопленный к концу ХХ столетия эндоскопический опыт позволил считать выполнимыми значительную часть внутриполостных оперативных вмешательств не только в брюшной полости, но и в грудной клетке. Более того, с развитием технологий связи настойчиво витала в воздухе идея о возможном привлечении ведущих мировых специалистов к дистанционному выполнению различных оперативных вмешательств. Фурором в применении роботизированных технологий в хирургии стало изобретение организацией США «Institute Surgical» ,которую назвали «да Винчи» («da Vinci») в 1999 году. Новый аппарат был показан при содействии университетского медицинского центра (UniversityMedicalCenter,UMC) и отделения хирургии университета штата Аризона. Зоны использования «да Винчи» — кардиология, гинекология, урология и общая хирургия. Глубоко символично, что авторы присвоили своему детищу имя величайшего ученого, анатома, инженера-изобретателя, экспериментатора Леонардо да Винчи.
К концу 2007 года в мире насчитывалось более 600 роботизированных хирургических систем. Каждый год их количество увеличивается в два раза. Комплекс «да Винчи» сертифицирован в России. Комплекс «da Vinci» состоит из трех основных компонентов: устройство передачи видеоизображения состоящее из двойного источника света и двух трехчиповых камер, консоли управления, где располагается оперирующий хирург, подвижной части с тремя манипуляторами для инструментов и одним для камер, создающих трехмерное изображение. Консоль хирурга снабжена компьютером, генерирующим реальное трехмерное изображение с полной иллюзией его поверхностности, видоискателем, ножными педалями для управления электрокоагуляцией, фокусным разрешением камер, ручными джойстиками для управления инструментами и видеокамерой в теле пациента. Манипуляторы оснащены эластичным приводом и позволяют совершать движение в семи плоскостях. Трехмерное изображение, формируемое системой перед глазами хирурга, обеспечивает полную иллюзию оперирования в реальном пространстве.
Управление проектами
... окончание проекта. Например, для проекта строительства здания результатом является само здание, принятое в эксплуатацию. Рисунок 1. Процессы управления проектами 2. Проект имеет четко очерченное начало, которое совпадает с началом первой работы, направленной ...
Одним из пионеров применения этой технологии в российских больницах стал Национальный медико-хирургический центр им. Н.И. Пирогова. За короткий промежуток времени накоплен значительный опыт в выполнении оперативных вмешательств с использованием системы «да Винчи» — прооперировано 390 пациентов с различной патологией выделительной и половой систем, органов брюшной и грудной полости .
Внедрение роботической хирургии в нынешнюю урологию показало существенные преимущества этой методики при ряде недомоганиях, в частности при болезнях предстательной железы.
Одной из областей медицины, где робототехника совершила истинную сенсацию, можно считать мини-инвазивную кардиохирургию, где от оператора требуется особая ловкость при выполнении манипуляций.
Робототехника при этом увеличила потенциалы на целый порядок .
Стал возможным широкий спектр робот-ассистированных вмешательств при различной патологии органов брюшной полости — от реконструкции передней брюшной стенки при грыжах и бариатрии до онкохирургии.
Внедрение роботических технологий в гинекологию позволило значительно использовать реконструктивные технологии для сохранения репродуктивных возможностей женщин.
На основании значительного опыта, самого большого в России и одного из самых значительных в Восточной Европе, можно выделить ряд областей применения роботической хирургии:
- грудная хирургия и кардиохирургия — выделение и подготовка аутоартериальных кондуитов (внутренней грудной артерии), реконструкция митрального и трикуспидального клапанов, установка электродов для бивентрикулярной ресинхронизации, биопсия и резекция легких, пульмонэктомия, удаление новообразований грудной клетки;
- сосудистая хирургия — реконструктивные операции на грудной аорте и брюшной аорте, симпатэктомия;
- гинекология — репродуктивная хирургия (реанастомоз маточных труб, миомэктомия, лигирование маточных труб и др.) и общая гинекология (гистерэктомия, удаление кист яичников, аднекс- и сальпингэктомия);
- абдоминальная хирургия — реконструктивные вмешательства на передней брюшной стенке по поводу грыж различной локализации, фундопликация, резекции печени, поджелудочной железы, желудка, операции при опухолевом поражении тонкой, ободочной и прямой кишок, холецистэктомия и др.;
- урология — простатэктомия, нефрэктомия, цистэктомия и др.
Основное описание системы davinci
Система робота «Да Винчи» — это система, предназначенная для робот-ассистированной лапароскопии. Система имеет несколько манипуляторов (2 или 3 манипулятора, к которым крепятся инструменты, плюс 1 манипулятор, на котором закреплена камера) и повторяет движения человеческих рук в теле пациента. Хирург сидит за панелью управления, видит операционное поле при помощи стереоскопического видеоканала и посредством джойстиков управляет инструментами в «руках» робота. С помощью этих инструментов, вводимых в тело пациента через проколы в коже, операция проводится с большой точностью.
Настройка операционной системы Windows с помощью Панели управления
... – средства управления оформления. Средствами настройки являются: специальная папка Панель управления (Пуск ►Настройка ►Панель ►управления), контекстные меню объектов Windows и элементы управления диалоговых окон операционной системы и её приложений. Ниже перечислены основные компоненты управления и оформления Панели управления и ...
Роботизированная система «Да Винчи» состоит из 3 основных частей, которые образуют функциональное единство. Это панель управления, операционная панель и оптическая система.
Панель управления
Панель управления — это место работы врача-оператора, откуда он управляет движением инструментов внутри тела пациента. Управление инструментами осуществляются с помощью двух джойстиков, которые полностью копируют движения запястий хирурга и переносят их на манипуляторы, а затем на инструменты в операционной части устройства.
Второй элемент управления — это ножные педали, с помощью которых регулируются коагуляция инструментов, фокусировка камеры и переключение между рабочими манипуляторами.
Хирург следит за ходом операции с помощью оптического устройства, которое предоставляет ему реальное пространственное изображение операционного поля. Такое изображение позволяет осуществлять интуитивное управление системой, в особенности определение положения инструментов внутри тела пациента (можно различить глубину).
При работе с системой через панель управления можно регулировать некоторые настройки, в частности, градуируемость движений рук по отношению к движению инструментов. Здесь же проводятся регулировки перед началом операции, например, калибровка камер устройства, выбор используемой телескопической трубки (прямая или скошенная) и типа изображения.
Таким образом, панель управления обладает следующими характеристиками:
Используя хирургическую систему da Vinci, хирург оперирует, комфортно сидя у консоли и видя трехмерное изображение операционного поля.
Пальцы хирурга захватывают рукоятки под дисплеем, а кисти и запястья располагаются естественно по отношению к его глазам.
Система равномерно транслирует движения пальцев, кистей и запястий хирурга в точные движения хирургических инструментов внутри пациента в реальном времени. Стойка у операционного стола.
Имеет три-четыре роботизированные руки — две или три инструментальные, и одну с эндоскопом — которые выполняют команды хирурга.
Лапароскопические руки работают через 1-2 сантиметровые доступы.
Ассистенты вводят инструменты в полость, а также меняют инструменты.
Операционная панель
Операционная (хирургическая) панель — это часть системы, которая находится в прямом контакте с пациентом, и поэтому в течение всей операции она имеет специальное стерильное покрытие. В зависимости от конфигурации операционная панель содержит 2 или 3 рабочих манипулятора сзакрепленными на них инструментами, а также один манипулятор с камерой.
Движения манипуляторов можно разделить на два вида. Первый вид — это моторные движения, которые задаются оператором непосредственно с панели управления, оказывают влияние на ход операции в теле пациента, управляют инструментами и с помощью которых, собственно, проводится операция. Второй вид — это движения торможения, которые задаются ассистирующим персоналом и служат только для настройки системы перед операцией.
Инструменты и камера легко прикрепляются к рукам и легко перемещаются с консоли или ассистентом. Первые две руки робота, соответствующие правой и левой руке хирурга, держат инструменты EndoWrist®. Третья рука держит эндоскоп, позволяя хирургу легко менять, перемещать, приближать и поворачивать поле зрения с консоли. Такая подвижность устраняет необходимость в ассистенте. Четвертая рука позволяет добавлять третий инструмент EndoWrist и выполнять дополнительные задачи, такие как приложение противотяги и поддержка непрерывного шва. Это устраняет необходимость еще в одном ассистенте. Хирург может одновременно управлять любыми двумя руками с помощью педалей под консолью.
Система автоматизированного управления компрессорным цехом компрессорной станции
... основного энергомеханического оборудования компрессорных станций магистральных газопроводов, подземных хранилищ ... внедрений в ЛПУМГ автоматизированных систем управления технологическими процессами КС ... МВИ утвержден начальником департамента автоматизации, информатизации, телекоммуникаций и метрологии ... система автоматического контроля загазованности помещений типа «Газ-1»; 13 — щит для инструмента ...
Созданные по образцу человеческого запястья, инструменты EndoWrist имеют даже больший объем движений, чем человеческая рука. Они действительно позволяют системе da Vinci продвигать хирургическую точность и технику за пределы возможностей человеческой руки. Сходно с человеческими сухожилиями внутренние тросы инструментов EndoWrist обеспечивают максимальную реакцию, давая возможность быстро и точно накладывать швы, выполнять диссекцию и манипуляции на тканях.
Набор инструментов EndoWrist включает разнообразие зажимов, иглодержателей, ножниц; монополярных и биполярных электрохирургических инструментов; скальпелей и других специализированных инструментов (всего более 40 типов инструментов).
Инструменты EndoWrist могут иметь диаметр 5 мм и 8 мм.
При смене инструментов интерфейс сразу распознает тип нового инструмента и число его использований.
Оптическое устройство
Эта часть системы предназначена для обработки изображения со стереоскопической камеры, находящейся на операционной панели. В комплексе DaVinci используется система обзора InSite. Управляемый роботизированной рукой двухлинзовый стерео эндоскоп, сопряженный с двумя 3-чиповыми камерами, переносит хирурга «внутрь» пациента.
Видеосистема снабжена двумя независимыми каналами передачи изображений, сопряженными с двумя цветными мониторами высокого разрешения. Система также имеет оборудование для обработки изображений, состоящее из двух видеокамер, алгоритмов усиления контуров и шумоподавления. Результирующее трехмерное изображение высокого разрешения яркое, четкое и резкое, без утомляющего мерцания и затухания. Управление камерой, осуществляемое через рукоятки и педали, обеспечивает плавное перемещение в операционном пространстве. Перемещение головы хирурга на консоли не влияет на качество изображения.
Оптическое устройство включает также другие приспособления, необходимые для лапароскопии (источник света, коагулятор, инсуфляция …).
На оптическом устройстве размещен и дополнительный монитор, позволяющий остальному персоналу следить за операцией.
Выполняемые операции.
Восстановление митрального клапана.
Реваскуляризация миокарда.
Абляция тканей сердца.
Установка эпикардиального электронного стимулятора сердца для бивентрикулярной ресинхронизации.
Желудочное шунтирование.
Фундопликация по Nissen
Гистерэктомия и миомэктомия.
Тимэктомия.
Лобэктомия легкого.
Эзофагоэктомия.
Резекция опухоли средостения.
Радикальная простатэктомия.
Пиелопластика.
Удаление мочевого пузыря.
Режущий инструмент
... сведения Круглая плашка представляет собой гайку, сопряженную с нарезаемой резьбой, превращенную в режущий инструмент путем прорезания стружечных канавок и затылования зубьев. Она служит для нарезания ... стружку всей прямолинейной режущей кромкой, расположенной на образующей конуса. Развертка имеет зубья с плоской передней поверхностью, совпадающей с осевой плоскостью инструмента, т. е. передний ...
Радикальная нефрэктомия и резекция почки.
Реимплантация мочеточника.
На сегодняшний день на территории Российской Федерации используется 6 роботизированных систем «da Vinci» в 6 больницах (ФГУ «Федеральный центр сердца, крови и эндокринологии имени В.А. Алмазова Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи», г. Санкт-Петербург, Окружная Клиническая Больницам №1 Ханты-мансийского автономного округа, Ханты-мансийский автономный округ- ЮГРА, Национальный Медико-хирургический центр им. Н.И. Пирогова, г. Москва, Институт хирургии им. А. В. Вишневского РАМН, г.Москва, Московский Государственный Медико-Стоматологический Университет на базе Государственной Клинической больницы №50, г. Москва, Областная Клиническая Больница №1 города Екатеринбург, г.Екатеринбург).
Достоинства и недостатки системы daVinci
Одним из основных преимуществ роботохирургии является нивелирование многих недостатков лапароскопической техники. Хирургические роботы оснащены трехмерной системой визуализации с эффектом реальной глубины получаемого изображения. Система обеспечивает постоянную четкую визуализацию операционного поляблагодаря программе автоматического маневрирования изображения в зависимости от изменения положения головы хирурга и локализации хирургических манипуляций.
В ходе выполнения вмешательства может использоваться дополнительная информация в виде структуры окружающих тканей, полученная при КТ или МРТ.
Точность хирургических действий обеспечивается за счет устранения эффекта естественного дрожания человеческих рук, использования инструментов с увеличенной свободой движения рабочей части (семь плоскостей) и возможностью системы трансформировать большие по амплитуде движения на джойстиках управления центральной консоли в точные манипуляции в теле пациента. В результате рабочие части инструментов приобретают возможности человеческих рук, а хирург получает возможность оперировать не двумя, а тремя и большим числом рук. Система управления устроена таким образом, что инструменты просто повторяют движение кистей пальцев хирурга.
Система не требует изменения положения тела хирурга во время сложных и длительных манипуляций. Руки оператора находятся в эргономичном положении на подлокотниках, пальцы и кисти фиксируют соответствующие органы управления. В итоге, все преимущества можно разделить на 3 группы:
1.Улучшенная сноровка, точность и управляемость.
da Vinci позволяет транслировать движения рук хирурга в соответствующие микро движения инструментов внутри пациента.
Инструменты EndoWrist® управляются кончиками пальцев.
4 роботизированные руки с инструментами, имеющими 7 степеней свободы (больше чем кисть человеческой руки) и изгибающиеся на 90 градусов.
Масштабирование движений и подавление тремора.
Патентованный инструментарий EndoWrist системы da Vinci, оснащенный системой уменьшения тремора, системой управления движениями улучшает равноценность владения обеими руками до пределов, недоступных человеку и укорачивает кривую обучения. Расширенный объем движений инструментов улучшает доступ и надежность при операциях в ограниченных пространствах, таких как малый таз, средостение, сердечная сумка.
2.Отличная эргономика.
Оптимальное уравнивание оптической и двигательной оси.
Применение робототехники в хирургии. Преимущества и недостатки системы Да Винчи
... время военных действий. Некоторые из хирургов и инженеров, работающих над хирургическими роботизированными системами для Армии США, в ... для дистанционной эндоскопической хирургии. Параллельно с ZEUS создавалась другая аналогичная система, получившая название DA VINCI. Вначале 90-х ... картины кости. 5. Хирургическая точность. Под контролем хирурга, рука робота наводится на операционное поле. Затем робот ...
Комфортное положение сидя.
Da Vinci — единственная хирургическая система, предназначенная для работы, сидя, что не только более комфортно, но также может давать клинические преимущества вследствие меньшего утомления хирурга. Система da Vinci дает естественное уравнивание глаз и рук на хирургической консоли, что обеспечивает лучшую эргономику, чем традиционная лапароскопия. Так как роботизированные руки системы da vinci держат камеру и инструменты на весу, это потенциально уменьшает скручивающий момент на брюшной стенке, травму пациента, необходимость в ассистенции и утомляемость. Наконец, так как роботизированные руки дают дополнительную механическую силу, хирург теперь может оперировать пациентов с выраженным ожирением.
3.Безопасность.
Система da Vinci уменьшает риск инфицирования хирургической бригады гепатитом, ВИЧ и т.п.
В целом, da Vinci может дать хирургу лучшую визуализацию, сноровку, точность и управляемость, чем в открытой хирургии, при выполнении операции через 1-2-сантиметровые разрезы.
Основными недостатками системы daVinci являются продолжительность настройки оборудования, его высокую стоимость (около 3 млн. евро), длительность и стоимость подготовки и обучения медицинского персонала.
Заключение
Введение сложнейших медицинских изобретений, таких, как робот — хирург Да Винчи, как впрочем, и любых инновационных технологий, имеет редкостно затратный характер, а их отдача выражается не стоимостными показателями, а качественными, как для больного, так и для врача: для больного это выражается в более качественно проведенных операциях, снижении времени на восстановление после хирургических манипуляций, низкая травматичность операций, меньшее потребление лекарств, отсутствие необходимости в повторных обследованиях, что устраняет повторные рентгенологические исследования.
Роботические технологии открывают обширные будущее в дальнейшем развитии целых направлений клинической медицины. Их преимущества очевидны, так как при их внедрении прежде всего реализуется античный постулат: «Не навреди!». Благодаря мини-инвазивности осуществляется предупреждение широкого спектра осложнений. Отдельно должно заметить такое, ранее неведомое, преимущество, как дистанционность выполнения хирургических операций. То есть врач может находиться на любом расстоянии от пациента. Этот факт имеет редчайшее значение для такого государства как Россия, обладающего неохватной территорией с весьма неоднородным разделением жителей. Эта система нивелирует технические ошибки, обусловленные состоянием самого хирурга и уровнем его мануальных способностей.
Для врача — возможность проводить манипуляции, которые никто раньше не совершал, сокращение времени проведения манипуляций, отсутствие тремора рук, большее усилие и точность по сравнению с человеческими руками, возможность проводить операции удаленно, даже из других стран.
Реализация системы автоматизации кассовых операций в программной ...
... теоретические аспекты проведения кассовых операций коммерческими банками; проанализировать практические особенности учета операций наличного обращения средств; реализовать систему автоматизации кассовых операций в программной ... на расчетно-кассовые услуги. Именно поэтому организация расчетно-кассового обслуживания является «визитной карточкой» любого банка. На сегодняшний день кассовые операции в ...
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/robot-da-vinci/
1. Шевченко Ю.Л. От Леонардо Да Винчи к роботу «Да Винчи» / Ю .Л .Шевченко / /Вестник национального медико-хирургического центра Им. Н .И .Пирогова. — 2012. — Т. 7 № 1. — С. 15-20.
2. Первый опыт робот- ассистированных операций в диагностике и лечении новообразований легких, средостения и плевры / Клименко В. Н. [И Др.] ; Учебные записки СПБГМУ Им. академика И.П. Павлова. — Санкт-Петербург: Первый Санкт-Петербургский Государственный Медицинский Университет Им. Академика И.П. Павлова . — 2011. — Т. 18 № 3. — С.59-62.
3. Робототехника в хирургии — истоки, реалии, перспективы / Шевченко Ю. Л. [И Др.] ;Вестник национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова. — Москва : Национальный медико-хирургический центр им. Н.И. Пирогова. — 2008. — Т. 3 № 2. — С. 72-76.
4. Левицкий Е.Е.Анализ применения робототехники в хирургии / Е.Е.Левицкий , С.В. Власьевский ; научно-техническое и экономическое сотрудничество стран в 21 веке. — Хабаровск : Дальневосточный Государственный Университет путей сообщения. — 2014. — Т. 1. — С. 76-81.
5. Космические технологии в медицине- история, приложение и недостатки роботизированной и лапароскопической хирургии / Цветанова К. [И Др.] ; Евразийский Союз Ученых . — Москва : Общество с ограниченной ответственностью «международный образовательный . — 2016. — № 27. — С. 50-60.
