로봇 수술의 작동 원리

컴퓨터가 20세기 후반에 혁명을 일으킨 것처럼 로봇 공학 분야는 21세기에 우리가 사는 방식을 동등하게 바꿀 잠재력이 있습니다. 우리는 이미 로봇 이 조립 라인을 간소화하고 가속화함으로써 자동차 및 기타 소비재 제조를 어떻게 변화 시켰 는지 살펴보았습니다 . 로봇 잔디 깎는 기계와 로봇 애완 동물도 있습니다. 그리고 로봇을 통해 우리는 다른 행성이나 심해와 같이 인간이 아직 방문할 수 없는 장소를 볼 수 있습니다.

앞으로 수십 년 안에 우리는 인공 지능을 가진 로봇을 보게 될 것입니다. Honda의 ASIMO 로봇 과 같은 일부 는 인간의 형태를 닮을 것입니다. 그들은 결국 자의식과 의식이 되어 인간이 할 수 있는 모든 것을 할 수 있습니다. 인간의 일을 하는 로봇에 대해 이야기할 때 우리는 종종 미래에 대해 이야기하지만 로봇 수술은 이미 현실입니다. 전 세계의 의사들은 정교한 로봇을 사용하여 환자에게 수술 절차를 수행하고 있습니다.

모든 수술 로봇이 평등하지는 않습니다. 로봇 수술 시스템에는 감독 제어 시스템 , 원격 수술 시스템 및 공유 제어 시스템의 세 가지 종류가 있습니다 . 각 시스템의 주요 차이점은 수술 절차를 수행할 때 인간 외과의가 얼마나 관여해야 하는지입니다. 스펙트럼의 한쪽 끝에서 로봇은 외과 의사의 직접적인 개입 없이 수술 기술을 수행합니다. 한편 의사는 로봇의 도움을 받아 수술을 하지만 대부분의 일은 의사가 하고 있다[출처: 브라운대학교 ].

로봇 수술 시스템은 여전히 ​​상대적으로 흔하지 않지만 전 세계 여러 병원에서 로봇 수술 시스템을 구입했습니다. 이러한 시스템은 수술의 안전성과 효율성을 향상시킬 가능성이 있습니다. 그러나 시스템에는 몇 가지 단점도 있습니다. 아직 비교적 젊은 과학이며 매우 비쌉니다. 일부 병원에서는 기술 채택을 보류할 수 있습니다.

병원에서 로봇 수술 시스템을 먼저 고려하는 이유는 무엇입니까? 다음 섹션에서 알아보십시오.

명예 제대

군대는 로봇 수술의 많은 발전을 책임지고 있습니다. 군 관계자들은 로봇 수술이 의사들이 위험에 빠지지 않고 전투 지역의 최전선에서 환자를 도울 수 있는 방법을 제공하기를 희망했기 때문입니다. 지금까지 대기 시간 문제로 인해 장거리 원격 수술이 어려웠지만 민간 의사들은 이 기술을 잘 활용했습니다.

내용물

1. 로봇 수술의 장점
2. 감독 제어 로봇 수술 시스템
3. 다빈치 수술 시스템
4. 공유 제어 로봇 수술 시스템

오늘날의 수술실에는 가장 간단한 수술에도 필요한 두세 명의 외과의사, 마취과 의사 및 여러 명의 간호사가 있습니다. 대부분의 수술에는 거의 12명의 인원이 병실에 있어야 합니다. 모든 자동화와 마찬가지로 수술 로봇 은 결국 일부 인력의 필요성을 없앨 것입니다. 미래를 내다보면 수술에는 한 명의 외과의사, 마취과 의사, 한 두 명의 간호사만 있으면 됩니다. 거의 비어 있는 이 수술실에서 의사는 수술실 안팎의 컴퓨터 콘솔에 앉아 수술 로봇을 사용하여 한때 많은 사람들이 수행해야 했던 작업을 수행합니다.

a의 사용 컴퓨터 의 거리의 아이디어 열어에서 콘솔 작업을 수행하는 원격 수술 떨어진 환자에서 섬세한 수술 마일을 수행하는 의사를 포함하는 것입니다. 의사가 수술을 수행하기 위해 환자 위에 서 있을 필요가 없고 환자로부터 불과 몇 피트 떨어진 컴퓨터 스테이션에서 로봇 팔을 제어할 수 있다면 다음 단계는 훨씬 더 먼 위치에서 수술을 수행하는 것입니다. . 컴퓨터 콘솔을 사용하여 실시간으로 로봇 팔을 움직일 수 있다면 캘리포니아에 있는 의사가 뉴욕에 있는 환자를 수술하는 것이 가능할 것입니다. 원격 수술의 주요 장애물은 대기 시간 이었습니다.-- 의사가 손을 로봇 팔로 옮기는 움직임에 반응하는 시간 지연. 현재 로봇 시스템이 의사의 손 움직임에 즉각적으로 반응하려면 의사가 환자와 함께 병실에 있어야 합니다.

수술실에 인원이 적고 의사가 환자에게 장거리 수술을 할 수 있도록 하면 장기적으로 의료 비용을 낮출 수 있습니다. 비용 효율성 외에도 로봇 수술은 정확도가 향상되고 환자의 외상이 감소하는 등 기존 수술에 비해 몇 가지 다른 장점이 있습니다. 예를 들어, 전통적인 심장 우회 수술은 1피트(30.48cm) 길이의 절개를 통해 환자의 가슴을 "금이" 열어야 합니다. 그러나 다빈치 시스템을 사용하면 각각 길이가 약 1센티미터에 불과한 가슴에 3~4개의 작은 절개를 만들어 심장에 수술을 할 수 있습니다. 외과의가 가슴 길이를 따라 하나의 긴 절개 대신 이러한 작은 절개를 하기 때문에 환자는 통증, 외상 및 출혈을 덜 경험하게 될 것입니다.더 빠른 회복을 의미합니다.

로봇 조수는 또한 몇 시간 동안 지속될 수 있는 수술 중에 의사가 경험하는 피로를 줄일 수 있습니다. 외과 의사는 긴 수술 중에 지칠 수 있으며 결과적으로 손 떨림을 경험할 수 있습니다. 인간의 가장 견고한 손도 수술 로봇의 손을 따라잡을 수 없습니다. 엔지니어는 떨림을 보상하기 위해 로봇 수술 시스템을 프로그래밍하므로 의사의 손이 흔들려도 컴퓨터는 이를 무시하고 기계 팔을 안정적으로 유지합니다.

다음 섹션에서 감독 제어 시스템부터 시작하여 로봇 수술에 대한 다양한 접근 방식을 살펴보겠습니다.

엄청난 가격표

일부 로봇 수술 시스템은 구입 비용이 100만 달러 이상이고 유지 관리 비용이 연간 10만 달러 이상입니다. 병원은 회복 기간이 짧아 환자의 입원 기간을 줄여 비용을 절감할 수 있지만 시스템 비용을 정당화할 만큼 충분히 절감하지 못할 수 있습니다.

세 종류의 로봇 수술 중 감독 제어 시스템이 가장 자동화되어 있습니다. 하지만 그렇다고 해서 이 로봇이 사람의 지시 없이 수술을 수행할 수 있는 것은 아닙니다. 실제로 외과의 사는 로봇 이 작동 하기 전에 수술 환자와 함께 광범위한 준비 작업을 수행해야 합니다.

감독 제어 시스템은 수술을 수행할 때 특정 지침을 따르기 때문입니다. 인간 외과 의사는 로봇에 데이터를 입력해야 하며 로봇은 일련의 제어된 동작을 시작하고 수술을 완료합니다. 오류의 여지가 없습니다. 이 로봇은 문제가 발생하면 실시간으로 조정할 수 없습니다. 외과의 는 로봇의 행동을 주시하고 계획대로 되지 않을 경우 개입할 준비가 되어 있어야 합니다.

외과의가 이러한 시스템을 사용하려는 이유는 매우 정밀할 수 있기 때문에 환자의 외상이 줄어들고 회복 기간이 단축될 수 있습니다. 이 로봇의 일반적인 용도 중 하나는 고관절 및 무릎 교체 절차입니다. 로봇의 임무는 임플란트가 새 관절에 꼭 맞도록 기존 뼈를 뚫는 것입니다.

두 사람이 똑같은 신체 구조를 갖고 있지 않기 때문에 로봇이 따라야 하는 표준 프로그램을 갖는 것은 불가능합니다. 이는 로봇이 올바른 방향으로 움직일 수 있도록 외과의가 환자의 신체를 철저히 매핑 해야 함을 의미합니다 . 그들은 계획 , 등록 및 탐색 이라는 3단계 프로세스에서 이 작업을 수행합니다 [출처: Brown University ].

계획 단계에서 외과의 사는 환자의 신체를 촬영하여 올바른 수술 방법을 결정합니다. 일반적인 이미징 방법에는 컴퓨터 단층촬영 (CT) 스캔, 자기공명영상 (MRI) 스캔, 초음파 촬영 , 형광투시 및 X선 스캔이 포함됩니다. 일부 절차의 경우 외과의 사는 환자의 뼈에 핀을 꽂아 컴퓨터의 마커 또는 탐색 지점 역할을 해야 할 수 있습니다. 외과의가 환자의 영상을 촬영한 후에는 로봇이 취할 수술 경로를 결정해야 합니다.

외과의는 로봇에게 적절한 수술 경로가 무엇인지 알려야 합니다. 로봇은 이러한 결정을 스스로 내릴 수 없습니다. 외과 의사가 로봇을 프로그래밍하면 지시를 정확히 따를 수 있습니다.

다음 단계는 등록입니다. 이 단계에서 의사는 계획 단계에서 생성된 이미지에 해당하는 환자의 신체 부위를 찾습니다. 로봇이 오류 없이 수술을 완료할 수 있도록 외과 의사는 포인트를 정확히 일치시켜야 합니다.

마지막 단계는 탐색입니다. 여기에는 실제 수술이 포함됩니다. 외과 의사는 로봇이 만드는 모든 움직임이 프로그래밍된 경로의 정보와 일치하도록 먼저 로봇과 환자의 위치를 ​​지정해야 합니다. 모든 사람이 준비되면 외과의사는 로봇을 작동시켜 지시를 수행합니다.

다음 유형의 로봇은 인간 외과 의사의 지시에 의해서만 작동할 수 있습니다. 다음 섹션으로 이동하여 다빈치 수술 시스템에 대해 알아보겠습니다.

무슨 일이야, 로보닥?

Integrated Surgical Systems의 RoboDoc 시스템은 정형외과 수술에 사용되는 감독 제어 시스템의 한 예입니다. 인간 외과의가 RoboDoc의 뼈 밀링 도구를 환자 내부의 올바른 위치에 배치하면 로봇이 작업을 이어받습니다. 뼈를 정형외과용 임플란트에 적합한 크기로 자동 절단합니다.

Intuitive Surgical사의 제품인 da Vinci Surgical System은 아마도 세계에서 가장 유명한 로봇 수술 기구일 것입니다. 그것은 원격 수술 장치의 범주에 속하며, 이는 인간이 로봇의 움직임을 지시한다는 것을 의미합니다. 어떤 면에서 이것은 로봇 을 매우 비싼 첨단 도구 세트로 만듭니다.

2000년 7월 11일, 미국 식품의약국(FDA)은 다빈치 수술 시스템을 복강경 수술용으로 승인하여 미국 수술실에서 허용된 최초의 로봇 시스템이 되었습니다. da Vinci는 인간 외과의가 인간의 시력이 허용하는 것보다 수술 부위에 더 가까이 다가갈 수 있도록 하는 기술을 사용하고 기존 수술이 허용하는 것보다 더 작은 규모로 작업합니다. 150만 달러의 da Vinci 시스템은 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.

수술에 다빈치를 사용할 때 인간 외과의사는 환자의 복부에 세 개 또는 네 개의 절개(모델의 팔 수에 따라 다름)를 만듭니다. 또는 4개의 스테인리스강 막대. 로봇 팔은 막대를 제자리에 고정합니다. 막대 중 하나에는 내부에 입체 영상 을 제공하는 2개의 내시경 카메라가 있고 다른 막대에는 조직을 절개하고 봉합할 수 있는 수술 도구가 있습니다. 기존의 수술과 달리 의사가 이러한 수술 기구를 직접 만지지 않습니다.

수술대에서 몇 피트 떨어진 제어 콘솔에 앉아 외과 의사는 뷰파인더를 들여다보고 환자 내부의 카메라에서 전송되는 3D 이미지를 검사합니다. 이미지는 수술 부위와 수술 봉 끝에 장착된 2~3개의 수술 기구를 보여줍니다. 외과 의사는 화면 아래에 있는 조이스틱과 같은 컨트롤을 사용하여 수술 도구를 조작합니다. 외과의가 조이스틱 중 하나를 움직일 때마다 컴퓨터는 전자 신호를 외과의의 손의 움직임과 동기화하여 움직이는 기구 중 하나로 보냅니다. 외과의와 로봇이 협력하여 큰 절개 없이 완전한 수술 절차를 수행할 수 있습니다. 수술이 완료되면 외과의 사는 환자의 몸에서 봉을 제거하고 절개를 닫습니다.

로봇 수술 장치의 마지막 범주는 공유 제어 시스템입니다. 다음 페이지에서 이러한 종류의 로봇에 대해 자세히 알아볼 것입니다.

신화와 전설

옛날 옛적에 Intuitive Surgical da Vinci System에는 경쟁자가 있었습니다. Computer Motion 이라는 첨단 의료 회사는 그리스 신화, 전설 및 학자의 이름을 따서 명명한 여러 로봇 수술 장치를 생산했습니다. 그들의 가장 유명한 시스템에는 Zeus, Aesop, Socrates 및 Hermes가 포함됩니다. 2003년 Intuitive Surgical은 Computer Motion과 합병하여 이전 경쟁업체의 많은 디자인을 자체 제품에 통합했습니다.

공유 제어 로봇 시스템은 수술 중 외과의를 돕지만 대부분의 작업은 인간이 합니다. 다른 로봇 시스템과 달리 외과 의사는 수술 도구를 직접 조작해야 합니다. 로봇 시스템은 외과 의사의 수행을 모니터링하고 능동 구속을 통해 안정성과 지원을 제공합니다 .

능동 제약은 환자의 영역을 안전 , 닫기 , 경계 또는 금지 의 네 가지 가능성 중 하나로 정의하는 데 의존하는 개념입니다 . 외과 의사는 수술의 주요 초점으로 안전한 영역을 정의합니다. 예를 들어, 정형외과에서 안전한 부위는 환자의 고관절의 특정 부위일 수 있습니다. 안전한 영역은 연조직과 접하지 않습니다 .

정형외과에서 가까운 부위는 연조직과 접하는 부위입니다. 정형외과 수술 도구는 연조직에 많은 손상을 줄 수 있기 때문에 로봇은 외과 의사가 수술할 수 있는 영역을 제한합니다. 힘 피드백이라고도 하는 햅틱 응답 을 제공 하여 이를 수행합니다. 외과 의사가 연조직에 접근하면 로봇이 외과 의사의 손을 뒤로 밀어냅니다.

외과 의사가 연조직에 가까워지면 기기가 경계 영역으로 들어갑니다. 이 시점에서 로봇은 더 많은 저항을 제공하여 외과의가 해당 영역에서 멀어져야 함을 나타냅니다. 외과 의사가 연조직을 향해 계속 절단하면 로봇이 제자리에 고정됩니다. 그 이후의 모든 것은 금단의 영역이다.

우리가 살펴본 다른 로봇과 마찬가지로 공유 제어 시스템 로봇은 안전 영역과 금지 영역의 차이를 자동으로 알지 못합니다. 외과의는 먼저 환자와 함께 계획, 등록 및 탐색 단계를 거쳐야 합니다. 로봇의 시스템에 해당 정보를 입력해야만 로봇이 안내를 제공할 수 있습니다.

3가지 종류의 로봇 수술 시스템 중 원격 수술 방식이 가장 주목받고 있다. 다빈치 수술 시스템의 성공은 의사와 언론의 주목을 받았습니다. 미래에 공유 제어 및 감독 제어 시스템의 더 많은 예를 볼 수 있습니다.

수술 로봇은 사람의 손보다 몇 가지 이점을 제공하지만, 자율 로봇이 사람의 상호 작용 없이 사람을 조작하는 날이 오려면 아직 멀었습니다. 그러나 컴퓨터 성능과 인공 지능의 발전으로 금세기에 과학자들은 인체의 이상을 찾아 분석하고 인간의 지도 없이도 이러한 이상을 교정하는 로봇을 설계하게 될 것입니다.

로봇, 의학 및 관련 주제에 대해 자세히 알아보려면 다음 페이지의 링크를 참조하십시오.

애비 썸바디

공유 제어 시스템의 잠재적인 미래 응용 프로그램 중 하나는 신경외과 입니다. Neurosurgery의 2005년 책에서 의사들은 뇌 수술을 위한 로봇 시스템을 제안합니다. 로봇은 다중 피벗 포인트가 있는 단일 팔을 가질 것입니다. 외과 의사는 로봇 팔에 팔꿈치를 얹을 수 있습니다. 로봇 팔은 또한 수술 기구를 안정시킬 것입니다. 의사가 기구의 움직임을 제어하는 ​​동안 로봇 팔은 떨림 제어를 제공하여 각 움직임을 안정화합니다[출처: Nathoo, Narenda et al. ].

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