Den bedste medicinske robotteknologi afspejler plejepersonalets input

Den folkelige interesse for (og den industrielle anvendelse af) robotteknologi er steget hurtigt siden COVID-19-pandemien og den mangel på kvalificeret arbejdskraft, som den afslørede. Nu er robotter især levedygtige til alle typer medicinske anvendelser. Design, der opfylder disse behov, har form af autonome landkøretøjer (AGV'er) af professionel kvalitet, automatiserede teststationer og patientstøttesystemer, der supplerer den mest avancerede kirurgiske robotteknologi på hospitaler og andre medicinske behandlingsmiljøer. Robotdesign til medicinske anvendelser tager også form af husholdningsapparater, der er designet til at forbedre livskvaliteten for dem, der ønsker at bevare deres mobilitet og uafhængighed ved at blive ældre på stedet på trods af medicinske problemer.

Figur 1: Medicinske robotter har forskellige former. Nogle automatiserer blot opgaver, der kan være kedelige eller med risiko for menneskelige fejl. (Billedkilde: Getty Images)

Selv om det ligger uden for denne artikels fokus, er det værd at bemærke, at nogle robotdesigns tilpasser mange af de teknologiske fremskridt inden for sikkerhed i hjemmet (herunder videosystemer) og HVAC-energiovervågning til husholdningsbrug til sundhedsassisterende robotter, der udvider Internet of Things (IoT), automatisering af hjemmet og systeminteroperabilitet. F.eks. anvendes nogle af de underliggende IoT-teknologier nu til at hjælpe de ældre med at overholde (undertiden komplicerede) medicineringsskemaer.

En anden fremadstormende type medicinsk robotteknologi - exoskeletter, er kommet til at repræsentere konvergensen mellem proteser, ortoser og wearables for at hjælpe ældre mennesker samt lager- og andet personale på fabrikker, der forsøger at undgå skader under anstrengende manuelle opgaver. Mange af de teknologier, der anvendes her, stammer fra innovationer, der først blev udviklet til militære formål. Næsten alle omfatter IoT-tilslutning og sensorarrays til feedback.

Figur 2: FSR 400-serien af enkeltzone-kraftfølsomme modstande er robuste polymer tykfilmsenheder, der udviser et fald i modstanden med en stigning i den påførte kraft. Følsomheden er velegnet til brug i grænseflader mellem menneske og maskine, medicinske systemer og robotteknologi. (Billedkilde: Interlink Electronics)

Dynamisk marked klar til vækst

På hospitaler og andre medicinske faciliteter anvendes robotteknologi:

• Forbedre gentageligheden af vanskelige procedurer - som ved minimalt invasive kirurgiske procedurer (MIS) og anden robotassisteret kirurgi
• Udføre banale opgaver i længere perioder end acceptabelt for medicinsk personale - som i AGV'er, der transporterer sengetøj og andet vasketøj rundt på vidtstrakte faciliteter
• Assistere i opgaver, der er usikre for plejere - som f.eks. patientlifte og robotsenge til at hjælpe immobile personer fra seng til stol eller omvendt
• Supplerer automatiserede systemer ved hjælp af datasporing. Se online-videopræsentationen Hvordan man bruger RFID til at øge patientsikkerheden og beskytte indtægterne for at få mere at vide om dette emne
• Selvstændigt indsamle og levere medicin samt laboratorieprøver (ved hjælp af sikrede patientdata)

Sådanne fremskridt kan udvide kapaciteten hos sygeplejersker, læger og rengøringspersonale på hospitaler samt vedligeholdelsespersonale. De giver også mulighed for at forudprogrammere forudsigelige og gentagelige opgaver og udnytte oplysninger fra forskellige hospitalssystemer, for løbende at forbedre patientbehandlingen og støtte den medicinske forskning.

Figur 3: Elektronisk kommuterede eller børsteløse DC-motorer (BLDC) anvendes i nogle medicinske robotter til at hjælpe med at genoptræne og konditionere arm- og håndbevægelser hos patienter med nedsat armbevægelighed. Det skyldes, at sådanne motorer er særligt kompakte og effektive. (Billede: Portescap)

Kirurgisk robotteknologi fortsætter med at føre an i den øgede automatisering af det medicinske område, til at assistere kirurger som tidligere og i stigende grad udnytte fordelene ved kunstig intelligens og maskinlæring. En rapport fra Fortune Business Insights forudsiger, at markedet for kirurgiske robotter vil nå op på næsten 6,8 mia. dollars i 2026; det er ikke så underligt, da computerassisterede systemer er velafprøvede til at hjælpe kirurger med at forbedre patientresultaterne med forstørrede billeder og præcise bevægelser af endeaktorerne, der ikke er udsat for træthed, rystelser eller distraktioner.

Figur 4: ND-serien udvider driftstemperaturen fra -20 °C til +85 °C, mens tryksensorerne har en bred dynamik, så de kan fungere som et halvt dusin sensorer med et mere traditionelt design. Mere specifikt omfatter disse komponenter integreret elektronik, avancerede piezoresistive elementer, en ADC, en DSP og en digital grænseflade til at spore tryk fra 0,25 in._H2Otil 5 psi til brug i forskellige konstruktioner - herunder automatiseret øjenkirurgisk udstyr og autonome køretøjer. (Billede: Superior Sensor Technology Inc.)

Andre overvejelser om design af medicinske robotter

De bedste medicinske robotdesigns er baseret på oplysninger fra erfarent hospitalspersonale samt andre læger og plejepersonale. Dette input og en grundig forståelse af menneskets anatomi kan hjælpe robotdesignere med at levere design med tilstrækkelig nøjagtighed og manøvredygtighed, uanset om det drejer sig om transport af varer, pleje, medicinudlevering eller kirurgi. Når medicinske robotter er afhængige af IoT-datasystemer til realtidsinformation, er det afgørende, at de er kompatible med eksisterende hospitalsnetværk.

Figur 5: Komponenter som f.eks. spændingsbelastningsceller sikrer, at patientløfterne fungerer korrekt og inden for designspecifikationerne. (Billede: Loadstar Sensors)

Krav til leverandører af medicinske robotter

Ingeniører, softwareudviklere og leverandører af medicinsk robotteknologi skal have omfattende viden om bedste praksis i forbindelse med den behandling eller procedure, der skal motoriseres eller automatiseres. Der kræves også en stor forståelse af de underliggende forretningskrav og bæredygtige metoder til indtjening af penge i branchen.

Alle systemer, der er forbundet med opbevaring af patientoplysninger, kræver sikker datahåndtering. Det gælder både for strukturerede data (som opbevares i databaser) og ustrukturerede data i tekstbeholdningssystemer. Fremragende netværksintegration og analysefunktioner er afgørende for at retfærdiggøre den ekstra indsats for datahåndtering og design af forudsigelig og adaptiv systemadfærd.

Overvejelser om data fra medicinske robotter

Inden den medicinske robotteknologi indføres i fuld skala, bør det vurderes, hvordan den påvirker patienternes sikkerhed, behandlingskomfort og resultater. Resultaterne fra tidligere implementeringer bør undersøges for at kvantificere forbedringer i patienternes genopretning og omkostningsreduktioner. Programmer for medicinsk robotteknologi bør også vurderes med hensyn til, hvordan de frigør det eksisterende hospitalspersonale til at fokusere mere på patientpleje - uanset om det er personligt eller på afstand. Når robotteknologi viser sig at understøtte hospitalssystemernes kerneopgaver i forbindelse med kvalitetspleje, patienttilfredshed og effektivitet, bør hospitalsledelserne være involveret i at formidle disse fordele til personalet og lokalsamfundet.

Uddannelse af personale i medicinske robotters funktioner

Sundhedsorganisationer, der indfører medicinsk robotteknologi, bør sikre, at teknologierne er godt tilpasset plejepersonalets ekspertise; for alle hospitalspersoner, der skal arbejde med den nye robotteknologi, bør der gennemføres programmer for forudgående og løbende uddannelse. Her kan der mangle uddannelsesstandarder, så organisationer bør søge partnere til at anbefale og udarbejde uddannelsesmoduler efter behov. Ud over uddannelse i sikker betjening og vedligeholdelse af robotter (hvor det er relevant) bør en sådan instruktion også omfatte procedurer for forsikringsdokumentation og fakturering, suppleret med let tilgængelige manualer og digitale genopfriskningsmoduler for hospitalspersonalet.

Data til støtte for sammenhængende operationer

Datasynlighed og AI kan optimere kontrollen over udstyret og samtidig give dyb indsigt i forskellige robotiserede procedurer. Derefter kan udstyrsforbindelse på tværs af netværk give hospitalerne mulighed for at analysere data for at vurdere robotprogrammernes effektivitet ... hvilket er særligt nyttigt, når hospitalssystemer har til formål at skalere et givet robotprogram.

Figur 6: USB-til-seriel- og netværks-til-seriel-produkter kan levere grænseflader mellem medicinsk robotteknologi og udstyr, der ikke oprindeligt var designet til tilslutning. Dataforbindelsesløsninger kan også overvåge miljøer, der skal være strengt kontrollerede - og holde mobil robotteknologi sikkert og pålideligt forbundet. (Billede: Digi)

Data til opfyldelse af lovkrav

Sammenhængende datastyringssystemer kan hjælpe hospitalsnetværk med flere lokationer samt enkeltstående hospitaler, klinikker og kirurgiske centre med mere effektivt at verificere, at de opfylder de offentlige og industrielle bestemmelser. Steder, der anvender medicinsk robotteknologi, har sandsynligvis mere sandsynligt ensartede netværk eller i det mindste standardmetoder til at forbinde separate systemer. Tilføjelsen af robotudstyr til kritiske opgaver har også fordel af den måde, hvorpå de fleste sundhedsfaciliteter allerede har hurtige strøm- og databackupsystemer.

Figur 7: Isolationstransformere af medicinsk kvalitet understøtter problemfri drift af robotter og andet udstyr med kontinuerlig støjfiltrering og 100 % isolering fra indgangsac. UL 60601-1-listen i medicinsk kvalitet med stik og stikkontakter i hospitalskvalitet gør transformatorerne velegnede til beskyttelse af elektronisk udstyr i områder med patientpleje. (Billede: Tripp Lite)

Medicinsk robotteknologi kræver naturligvis streng fysisk sikkerhed og cybersikkerhed. Dette kræver ofte en strengt begrænset og overvåget adgang til robotaktuatorer, controllere, netværk og datalagring. Overholdelse af branche-, leverandør- og statslige regler skal overholdes nøje og dokumenteres.

Konklusion

I USA er den medicinske industris indførelse af robotteknologi fortsat ufortrødent i det sidste årti. Disse investeringer vil sandsynligvis fortsætte i takt med, at en aldrende befolkning i højere grad er afhængig af industrien, selv om hospitalernes budgetter i hele landet står over for alvorlige udfordringer. Når alt kommer til alt, kan robotteknologi give langsigtede driftsbesparelser for mange rutinefunktioner i sundhedssektoren, for ikke at nævne de mest avancerede muligheder for operationer og andre behandlinger, der er maksimalt præcise og minimalt invasive.

Der skal dog tages forbehold her for, at indførelse af robotteknologi kræver en klar kortlægning af hospitalernes behov og passende robotløsninger, opfyldelse af usædvanligt strenge lovkrav og indkøb fra medicinske leverandører, der kan yde langvarig designstøtte. I det mindste for de fleste større hospitalssystemer kræver robotprogrammer også dedikerede kontaktpersoner med ekspertise inden for automatisering til at koordinere indsatsen for løbende forbedringer.

I sidste ende bør tilbuddene om medicinske robotter også vurderes grundigt ud fra hensynet til patientens sikkerhed og komfort samt procedurens eller behandlingens effektivitet og effektivitet.