De beste medische robots weerspiegelen de input van zorgverleners

Sinds de COVID-19-pandemie en alle tekorten aan geschoolde arbeidskrachten die daardoor aan het licht kwamen, is de belangstelling van de bevolking voor (en de industriële toepassing van) robotica versneld. Nu zijn robots bijzonder geschikt voor alle soorten medische toepassingen. Ontwerpen die aan deze toepassingen voldoen nemen de vorm aan van professionele autonome grondvoertuigen (AGV's), geautomatiseerde teststations en patiëntondersteunende systemen als aanvulling op de meest geavanceerde operatierobotica in ziekenhuizen en andere medische behandelingsomgevingen. Robotontwerpen voor medische toepassingen nemen ook de vorm aan van huishoudelijke apparaten die de levenskwaliteit verbeteren van mensen die ondanks medische problemen mobiel en onafhankelijk willen blijven via een "age-in-place"-benadering.

Afbeelding 1: Medische robots nemen verschillende vormen aan. Sommige automatiseren gewoon taken die vervelend kunnen zijn of het risico van menselijke fouten kunnen vergroten. (Bron afbeelding: Getty Images)

Hoewel dit artikel er niet over gaat, is het vermeldenswaard dat sommige robotica-ontwerpen veel van de technologische vooruitgang op het gebied van huisbeveiliging (inclusief videosystemen) en HVAC-energiebewaking voor huishoudelijk gebruik aanpassen voor gezondheidsondersteunende robotica die Internet of Things (IoT), huisautomatisering en systeeminteroperabiliteit uitbreiden. Sommige onderliggende IoT-technologieën worden nu bijvoorbeeld gebruikt om ouderen te helpen zich aan (soms ingewikkelde) medicatieschema's te houden.

Een andere snelgroeiende vorm van medische robotica - die van de exoskeletten - vertegenwoordigt de convergentie van protheses, steunzolen en wearables om ouderen en magazijn- en ander fabriekspersoneel te helpen om letsel bij zware handmatige taken te voorkomen. Veel van de technologieën hier zijn ontleend aan innovaties die eerst voor militaire toepassingen werden toegepast. Bijna allemaal bevatten ze IoT-connectiviteit en sensors voor feedback.

Afbeelding 2: FSR 400-serie single-zone force sensing weerstanden zijn robuuste polymeer dikke filmapparaten die een afname in weerstand vertonen bij een toename van de toegepaste kracht. De gevoeligheid is geschikt voor gebruik in mens-machine-interfaces, medische systemen en robotica. (Bron afbeelding: Interlink Electronics)

Dynamische markt klaar voor groei

In ziekenhuizen en andere medische faciliteiten, robotica:

• De herhaalbaarheid van delicate procedures verbeteren - zoals bij minimaal invasieve chirurgische (MIS) procedures en andere robotondersteunde chirurgie.
• Uitvoeren van alledaagse taken voor periodes die langer duren dan aanvaardbaar is voor medisch personeel - zoals in AGV's die beddengoed en ander wasgoed over uitgestrekte faciliteiten vervoeren.
• Assisteren bij taken die onveilig zijn voor verzorgers - zoals bij patiëntenliften en robotbedden om de immobiele mens van bed naar stoel te helpen of omgekeerd.
• aanvulling van geautomatiseerde systemen die gebruik maken van datatracking. Bekijk de online videopresentatie Hoe RFID gebruiken om de veiligheid van de patiënt te verhogen en de inkomsten te beschermen voor meer informatie over dit onderwerp.
• Zelfstandig verzamelen en afleveren van medicijnen en labmonsters (met behulp van beveiligde patiëntgegevens).

Dergelijke ontwikkelingen kunnen de mogelijkheden van verpleegkundigen, artsen en ziekenhuispersoneel voor de schoonmaak en het onderhoud uitbreiden. Ze bieden ook mogelijkheden om voorspelbare en herhaalbare taken voor te programmeren en informatie uit verschillende ziekenhuissystemen te gebruiken om de patiëntenzorg voortdurend te verbeteren en medisch onderzoek te ondersteunen.

Afbeelding 3: Elektronisch gecommuteerde of borstelloze gelijkstroommotors (BLDC) worden in sommige medische robots gebruikt om arm- en handbewegingen van patiënten met armmobiliteitsbeperkingen te helpen hertrainen en conditioneren. Dat komt omdat dergelijke motors bijzonder compact en efficiënt zijn. (Afbeelding: Portescap)

Chirurgische robotica blijven toonaangevend voor de toenemende automatisering op medisch gebied - om chirurgen bij te staan zoals in het verleden en steeds meer gebruik te maken van de voordelen van kunstmatige intelligentie en machinaal leren. Een rapport van Fortune Business Insights voorspelt dat de markt voor chirurgische robots tegen 2026 bijna 6,8 miljard dollar zal bereiken; dat is geen wonder, want computerondersteunde systemen hebben bewezen dat ze chirurgen helpen de resultaten van hun patiënten te verbeteren met vergrote beelden en precieze bewegingen van de end-effector die niet onderhevig zijn aan vermoeidheid, trillingen of afleiding.

Afbeelding 4: De ND-serie breidt de bedrijfstemperatuur uit van -20 °C tot +85 °C, terwijl de druksensoren een brede dynamiek hebben om de taak te vervullen van een half dozijn sensoren met een traditioneler ontwerp. Meer specifiek omvatten deze componenten geïntegreerde elektronica, geavanceerde piëzoresistieve elementen, een ADC, een DSP en een digitale interface om druk te meten van 0,25 in.H₂O tot 5 psi voor gebruik in diverse ontwerpen, waaronder geautomatiseerde oogchirurgische apparatuur en autonome voertuigen. (Afbeelding: Superior Sensor Technology Inc.)

Andere medische-robotontwerpoverwegingen

De beste medisch-robotische ontwerpen worden geïnformeerd door ervaren ziekenhuispersoneel en andere medische professionals en zorgverleners. Deze input en een grondig begrip van de menselijke anatomie kunnen robotontwerpers helpen bij het leveren van ontwerpen met voldoende nauwkeurigheid en manoeuvreerbaarheid, of het nu gaat om goederenvervoer, zorgverlening, toediening van geneesmiddelen of chirurgie. Wanneer medische robots afhankelijk zijn van IoT-gegevenssystemen voor realtime informatie, is hun compatibiliteit met bestaande ziekenhuisnetwerken essentieel.

Afbeelding 5: Componenten zoals spanbelastingcellen zorgen ervoor dat patiëntenliften correct en binnen de ontwerpspecificaties werken. (Afbeelding: Loadstar Sensors)

Eisen voor leveranciers van medische robots

Medisch-robotische ingenieurs, softwareontwikkelaars en leveranciers moeten uitgebreide kennis hebben van de beste praktijken in verband met de behandeling of procedure die wordt gemotoriseerd of geautomatiseerd. Ook is een goed begrip vereist van de onderliggende zakelijke vereisten en levensvatbare benaderingen om geld te verdienen in de sector.

Alle systemen voor het bewaren van patiënteninformatie vereisen een veilig gegevensbeheer. Dat geldt zowel voor gestructureerde gegevens (zoals in databanken) als voor ongestructureerde gegevens in tekstbehoudende systemen. Uitstekende netwerkintegratie en analysecapaciteiten zijn essentieel om de extra inspanningen voor gegevensbeheer met voorspellend en adaptief systeemgedrag te rechtvaardigen.

Overwegingen inzake medisch-robotische gegevens

Voordat medische robotica op grote schaal worden ingevoerd, moet worden geëvalueerd hoe zij de veiligheid van de patiënt, het comfort van de behandeling en de resultaten beïnvloeden. De resultaten van eerdere implementaties moeten worden bestudeerd om verbeteringen in het herstel van patiënten en kostenbesparingen te kwantificeren. Medische-roboticaprogramma's moeten ook worden beoordeeld op de manier waarop zij het bestaande ziekenhuispersoneel vrijmaken om zich meer te richten op patiëntenzorg - hetzij persoonlijk, hetzij op afstand. Als blijkt dat robotica de kerntaken van het ziekenhuis ondersteunt op het gebied van kwaliteitszorg, patiënttevredenheid en efficiëntie, moeten ziekenhuisdirecteuren betrokken worden bij het communiceren van deze voordelen aan het personeel en de lokale gemeenschap.

Opleiding van personeel over medische-robotfuncties

Gezondheidszorgorganisaties die medische robotica invoeren, moeten ervoor zorgen dat de technologieën goed zijn afgestemd op de deskundigheid van het zorgpersoneel; voor al het ziekenhuispersoneel dat met de nieuwe robotica zal werken, moeten programma's voor voorafgaande en voortgezette opleiding worden ingevoerd. Hier kunnen standaard opleidingsnormen ontbreken, dus moeten organisaties partners zoeken om opleidingsmodules aan te bevelen en op maat te maken. Naast opleiding over het veilig bedienen en onderhouden van robotica (indien van toepassing) moeten dergelijke instructies ook procedures omvatten voor verzekeringsdocumentatie en facturering - aangevuld met gemakkelijk toegankelijke handleidingen en digitale opfrismodules voor ziekenhuispersoneel.

Gegevens ter ondersteuning van verbonden operaties

Zichtbaarheid van gegevens en AI kunnen de controle over apparatuur optimaliseren en tegelijkertijd diepgaand inzicht verschaffen in verschillende gerobotiseerde procedures. Dan kan de connectiviteit van apparatuur over netwerken ziekenhuizen in staat stellen gegevens te analyseren om de doeltreffendheid van robotprogramma's te beoordelen, wat vooral nuttig is wanneer ziekenhuissystemen een bepaald roboticaprogramma willen opschalen.

Afbeelding 6: USB-naar-serieel en netwerk-naar-serieel-producten kunnen de interfaces vormen tussen medische robotica en apparatuur die oorspronkelijk niet voor connectiviteit was ontworpen. Oplossingen voor dataconnectiviteit kunnen ook omgevingen bewaken die streng gecontroleerd moeten worden - en mobiele robotica veilig en betrouwbaar verbonden houden. (Afbeelding: Digi)

Gegevens om te voldoen aan wettelijke vereisten

Samenhangende systemen voor gegevensbeheer kunnen ziekenhuisnetwerken met meerdere vestigingen en zelfstandige ziekenhuizen, klinieken en chirurgische centra helpen om efficiënter na te gaan of aan de voorschriften van de overheid en de industrie wordt voldaan. Op locaties waar medische robotica worden gebruikt, is de kans groter dat er uniforme netwerken bestaan, of ten minste standaardmethoden om afzonderlijke systemen met elkaar te verbinden. De toevoeging van robotapparatuur voor kritieke taken profiteert ook van het feit dat de meeste zorginstellingen al beschikken over snelle stroom- en gegevensback-upsystemen.

Afbeelding 7: Scheidingstransformators van medische kwaliteit ondersteunen de probleemloze werking van robotica en andere apparatuur met continue ruisfiltering en 100% isolatie van de ingangsstroom. UL 60601-1 vermelding voor medische doeleinden met plugs en stopcontacten van ziekenhuiskwaliteit maken de transformators geschikt voor de bescherming van elektronische apparatuur in patiëntenkamers. (Afbeelding: Tripp Lite)

Uiteraard vereist medische robotica een strikte fysieke beveiliging en cyberveiligheid. Dit vereist vaak een strikt beperkte en gecontroleerde toegang tot robotactuators, controllers, netwerken en gegevensopslag. De voorschriften van de industrie, de leveranciers en de overheid moeten strikt worden nageleefd en gedocumenteerd.

Conclusie

In de VS heeft de medische industrie het afgelopen decennium onverminderd robotica toegepast. Die investeringen zullen waarschijnlijk doorgaan naarmate de vergrijzing van de bevolking een groter beroep doet op de sector - zelfs wanneer de ziekenhuisbudgetten in het hele land met ernstige uitdagingen worden geconfronteerd. Robotica kan immers op lange termijn operationele besparingen opleveren voor veel routinewerkzaamheden in de gezondheidszorg. Om nog maar te zwijgen van de meest geavanceerde opties voor operaties en andere behandelingen die maximaal nauwkeurig en minimaal invasief zijn.

Het voorbehoud hierbij is dat de invoering van robotica vereist dat de ziekenhuisbehoeften en geschikte roboticaoplossingen duidelijk in kaart worden gebracht, dat wordt voldaan aan uitzonderlijk strenge wettelijke voorschriften en dat wordt ingekocht bij medische leveranciers die ontwerpondersteuning op lange termijn kunnen bieden. Tenminste voor de meeste grotere ziekenhuissystemen vereisen robotica programma's ook speciale liaisons met automatiseringskennis om de voortdurende verbeteringsinspanningen te coördineren.

Uiteindelijk moeten medische-robotaanbiedingen ook grondig worden geëvalueerd door de bril van de veiligheid en het comfort van de patiënt en de efficiëntie en doeltreffendheid van de procedure of behandeling.