Interjú Nabeel Kamallal, az Istituto ltlaliano di Tecnologia intézet sebészeti robotok részlegének PhD munkatársával.

Az általában „kulcslyuksebészet” néven ismert innovatív technológia, azaz a minimálisan invazív sebészet (MIS) óriási népszerűségre tett szert az elmúlt évtizedekben. Az alábbi interjúban Nabeel Kamal, az Istituto ltlaliano di Tecnologia intézet sebészeti robotok részlegének PhD munkatársa beszél arról a különleges módszerről, melyet csapata a Creo segítségével fejlesztett ki, hogy pontosabbá és biztonságosabbá tegye ezt a sebészeti formát (MIS) a gyermekidegsebészeti betegek számára.

A robotok

PTC: Először kérem mutassa be nekünk a minimálisan invazív sebészeti (MIS) technológiát, valamint a sebészeti robotokat.

Mr. Kamal: A nyitott/konvencionális műtéttel ellentétben a MIS sebészet során a sebész hosszú, karcsú műszereket használ, melyeket kis bemetszéseken (5-10 mm) keresztül vezetnek be a test belsejébe. A célszervet ezután egy képernyőn, az endoszkóp által közvetített videón nézi meg a sebész.

A MIS számos előnnyel jár. Egyrészt a kis bemetszéseknek köszönhetően kisebb a vérveszteség és a trauma, ami csökkenti a fertőzések valószínűségét. Továbbá a MIS általában kevesebb operáció utáni kórházi tartózkodást igényel, ezáltal nem terheli annyira az egészségügyi intézményeket.

Ezen előnyök mellett azonban vannak hátrányai is.

• A sebész kézügyességének szerepe csökken, mivel a műszer a bemetszés helyén elfordul.
• A mozgás iránya fordított, így a műszerfej mozgása kevésbé kézenfekvő.
• A sebésznek hosszabb ideig kell kényelmetlen testtartásban állnia, ami nagyobb fáradékonyságot eredményez, így a sebészek kevesebb műtétet tudnak elvégezni.

A sebészeti robotok lehetővé teszik ezen korlátok legyőzését, a műtétek minőségének javítását, valamint új műtéti eljárások bevezetését.

Mi teszi egyedivé az Önök által tervezett robotrendszert?

Hat szabadságfokú (DOF) robotplatformot tervezünk és fejlesztünk a gyermekidegsebészet számára.

Tervünk alapvető célja, hogy pontos és precíz mozgást biztosítsunk a robotkar végén található eszköz számára. Ez az eszköz lehet például egy műtéti hüvely, egy tű, vagy egy endoszkóp.

Tudomásunk szerint még nem fejlesztettek ki olyan robotrendszert, amely kifejezetten a gyermek neuroendoszkópia kihívásaira és igényeire lett volna tervezve.

Mi az az alapvető probléma, amelyet a robotrendszer kezelni próbál?

Jelenleg a sebészek kézzel végzik el az olyan eljárásokat, mint az endoszkópos harmadik ventriculosztómia, a sönt-behelyezés, vagy a biopsziák.

Az ilyen műtétek manuális elvégzésével kapcsolatban számos probléma merül fel:

• a munkaterület korlátozott
• több kézre van szükség az eljárás elvégzéséhez
• a sebészeknek pontos mozdulatokat kell végrehajtaniuk
• maga a műtéti eljárás nagyon hosszú

Ezek a kényes és bonyolult eljárások a legmagasabb szintű kézügyességet és óriási figyelmet követelnek meg a sebészektől.

Robotrendszerünk motorizált hat DOF-os szabadsági-fokkal rendelkező mechanizmusa segíti a sebészeket. A rendszer minden egyes szabadsági foka leválasztható, így a sebészek szabadon irányíthatják a robotkar mozgását minden egyes tengely mentén.

A nagyobb pontosságnak, precizitásnak és megismételhetőségnek köszönhetően javítani fogja a műtétek minőségét. Továbbá biztonságosabbá teszi a műtéti eljárásokat, hiszen így kisebb traumával és a rövidebb kórházi tartózkodással járnak.

A robotrendszer ergonomikus kialakítása segít csökkenteni a műtét idejét, valamint lehetővé teszi a sebész fáradságának mérséklését.

A mérnöki kihívások

Kérem ismertessen néhány mérnöki kihívást, amellyel a projekt során találkozott.

Jelenleg a sebészeti robotok egyik legnagyobb hátránya a hatalmas méretük. A mostani sebészeti robotrendszerek nagy helyet igényelnek az amúgy is zsúfolt műtőben.

Az első kihívásunk tehát az volt, hogy minimalizáljuk az egész robotrendszer méretét. Azt szerettük volna, hogy a robotjaink könnyedén illeszkedjenek a műtőbe. A további kihívások közé tartozott a függetlenített mozgások korai szakaszban történő ellenőrzése, a készen beszerezhető alkatrészek integrálása, valamint az egyedi alkatrészek gyártása az utolsó pillanatban végrehajtott tervmódosítások mentén.

Miben segít a Creo?

Hogyan segített a Creo a mérnöki kihívások kezelésében?

A Creo Parametric óriási segítséget nyújt céljaink elérésében.

Mivel újszülöttek és csecsemők számára fejlesztünk rendszert, pontosan ismerni szerettük volna a munkaterületet, hogy a lehető legkisebbre tervezhessük a rendszerünket.

Az MRI-képeket (DICOM) görbékké alakítottuk át, és importáltuk őket a Creo-ba. A Creo Interactive Surface Design Extension ISDX) segített létrehozni a csecsemő fejének pontos modelljét. A mozgó vázmodellek biztosították a különböző lehetőségek vizsgálatát, jelentős idő-ráfordítás nélkül.

Ezután létrehoztunk egy leegyszerűsített modellt a koncepcióink visszaigazolására és 3D nyomtatással ellenőriztük a koncepciót. Továbbá, a tervezési folyamat során a Creo segítségével végeztük el a mechanizmusok meghatározását és szimulációját az egyéni tervezéssel készült, valamint a kész alkatrészek esetében.

A Creo Simulate megoldást széles körben használtuk a robotrendszer kritikus részeinek végeselemes elemzésére (Creo Simulation Live még nem állt rendelkezésünkre). Nem lenne igazságos, ha nem említenénk meg az Advanced Framework Extensionben (a keretek, szerkezetek és szerelősorok létrehozására használt technológia) rejlő lehetőségeket. Nagyjából a projekt felénél jártunk, amikor rájöttünk, hogy szükségünk van egy tartószerkezetre a robotikus rendszer összeszereléséhez és teszteléséhez.

Szerencsére nagyjából ekkor szereztünk tudomást az AFX-ről, és segítségével egyetlen nap alatt megterveztünk egy merev tartószerkezetet.

Sikerek és a jövő

Mik voltak az eddigi legnagyobb sikereik?

A legjelentősebb sikerünk egy hat DOF-os szabadságfokkal rendelkező idegsebészeti robot első működő prototípusa. Sikerült a semmiből megterveznünk és legyártanunk egy ilyen összetett rendszert kevesebb, mint három év alatt. Az áttervezés és újragyártás tekintetében elhanyagolható mennyiségű hulladék keletkezett. Ez segített nekünk abban, hogy a projekt a költségvetésen belül maradjon.

Hogyan képzeli el a Creo használatát a jövőben?

A közelmúltban a PTC számos új eszközt emelt be a termékcsaládjába. Úgy gondolom, hogy a legtöbb ilyen eszköz segíteni fog a sebészeti robotika és általában az orvosbiológia területén. Az egyik legizgalmasabb újdonság a kiterjesztett valóság. A jövőben a digitális ikrek lehetőségét és a Vuforia kiterjesztett valóságot is szeretnénk alaposan megvizsgálni.

A Creo Design Exploration Extension megoldást is széles körben szeretnénk használni.  Rendszerünket a sebészekkel közösen tervezzük, ezért a követelmények teljesítéséhez sok közös döntésre, így sok változatra van szükség. Jelenleg nyolc verziója van ennek az összeállításnak. Három év után könnyű elfelejteni, hogy miért változtattunk a terven.

A Creo Design Exploration Extension segítségével ellenőrizni tudjuk a tervezés iterációit. Megoszthatjuk azokat az utódjainkkal. Ha ezt manuálisan csinálnánk, az fárasztó és zavaros lenne. Továbbá hatékonyabb lesz a tervoptimalizálási vizsgálatokhoz is.

Végül úgy vélem, hogy csak a Creo felszínét karcoltam, és még sok mindent meg kell tanulni és alkalmazni.