De bästa medicintekniska robotarna återspeglar vårdpersonalens synpunkter

Allmänhetens intresse för (och industrins införande av) robotteknik har ökat snabbt sedan COVID-19-pandemin och den brist på kvalificerad arbetskraft som den avslöjade. Nu är robotar särskilt lämpliga för medicintekniska tillämpningar av alla slag. Konstruktioner som uppfyller dessa krav är autonoma markfordon av professionell kvalitet, automatiserade teststationer och patientstödssystem som kompletterar den mest sofistikerade robottekniken för kirurgi på sjukhus och i andra medicinska behandlingsmiljöer. Robotkonstruktioner för medicinska tillämpningar kan även vara hushållsapparater som är utformade för att förbättra livskvaliteten för personer som vill behålla sin rörlighet och sitt oberoende genom att åldras i sitt hem trots medicinska problem.

Figur 1: Det finns olika typer av medicintekniska robotar. Vissa automatiserar bara uppgifter som kan vara tråkiga eller som kan öka risken för mänskliga fel. (Bildkälla: Getty Images)

Även om det ligger utanför artikelns fokus är det värt att notera att vissa robotkonstruktioner använder sig av många av de tekniska framstegen inom hemsäkerhet (inklusive videosystem), energiövervakning av luftbehandlingsanläggningar i hushållet, assisterande robotteknik som utökar sakernas internet (IoT), hemautomation och systemkompatibilitet. Vissa underliggande IoT-tekniker används nu till exempel för att hjälpa äldre personer att följa (ibland komplicerade) medicineringsscheman.

En annan växande typ av medicinsk robotteknik - exoskelett - har kommit att representera konvergensen mellan proteser, ortoser och bärbara enheter för att hjälpa äldre personer samt lager- och annan fabrikspersonal som vill undvika skador vid ansträngande manuella uppgifter. Många av de tekniker som används här har hämtats från innovationer som först utvecklades för militära tillämpningar. Nästan alla innehåller IoT-anslutningar och sensormatriser för återkoppling.

Figur 2: FSR 400-seriens enkelzon med kraftavkännande resistorer är robusta enheter av tjock polymerfilm som uppvisar en minskning av resistansen med en ökad kraft. Känsligheten är lämplig för användning i gränssnitt mellan människa och maskin, medicintekniska system och robotteknik. (Bildkälla: Interlink Electronics)

Dynamisk marknad redo för tillväxt

På sjukhus och andra medicinska anläggningar kan:

• Robotteknik förbättra repeterbarheten vid känsliga procedurer - som vid minimalt invasiva kirurgiska ingrepp (MIS) och annan robotassisterad kirurgi.
• Robotteknik utföra vardagliga uppgifter under längre tidsperioder än vad som är acceptabelt för sjukvårdspersonal - som i autonoma markfordon som transporterar omkring sängkläder och annan tvätt på stora anläggningar.
• Robotteknik hjälpa till med arbeten som är osäkra för vårdpersonal - som i patientlyftar och robotsängar för att hjälpa personer med rörlighetsproblem från säng till stol och vice versa.
• Robotteknik komplettera automatiserade system som använder dataspårning. Se videopresentationen online Hur man använder RFID för att öka patientsäkerheten och skydda intäkterna för mer information om detta ämne.
• Robotteknik självständigt samla in och leverera mediciner och laboratorieprover (med hjälp av säkrade patientuppgifter).

Sådana framsteg kan utöka sjuksköterskornas, läkarnas, sjukhusstädarnas och underhållspersonalens kapacitet. Det ger även möjligheter att förprogrammera förutsägbara och repetetiva uppgifter samt dra nytta av information från olika sjukhussystem - för att ständigt förbättra patientvården och stödja medicinsk forskning.

Figur 3: Elektroniskt kommuterade eller borstlösa likströmsmotorer (BLDC) används i vissa medicinska robotar för att hjälpa till att träna om och konditionera arm- och handrörelser hos patienter med nedsatt rörlighet i armarna. Det kan ske tack vare att dessa motorer är särskilt kompakta och effektiva. (Bild: Portescap)

Kirurgirobotar fortsätter att leda den ökande automatiseringen inom det medicintekniska området - för att hjälpa kirurger som tidigare och i allt högre grad utnyttja fördelarna med artificiell intelligens och maskininlärning. En rapport från Fortune Business Insights förutspår att marknaden för kirurgirobotar kommer att nå nästan 6,8 miljarder dollar år 2026.Det är inte så konstigt eftersom datorstödda system är väl beprövade för att hjälpa kirurger att förbättra patientresultaten med förstorade bilder och exakta rörelser av slutinstrumentet som inte påverkas trötthet, skakningar eller distraktioner.

Figur 4: ND-serien utökar arbetstemperaturen från -20 °C till +85 °C, medan tryckgivare har en bred dynamik för att kunna fungera som ett halvt dussin sensorer med en mer traditionell konstruktion. Mer specifikt omfattar dessa komponenter integrerad elektronik, avancerade piezoresistiva element, en ADC, en DSP och ett digitalt gränssnitt för att spåra tryck från 0,635 cm. H₂O till 5 psi för användning i olika konstruktioner - inklusive automatiserad utrustning för ögonkirurgi och autonoma fordon. (Bild: Superior Sensor Technology Inc.)

Andra överväganden vid konstruktion av medicintekniska robotar

De bästa konstruktionerna av medicintekniska robotar är har hämtat information från erfaren sjukhuspersonal samt annan medicinsk personal och vårdpersonal. Informationen och en grundlig insikt i människans anatomi kan hjälpa robotkonstruktörer att skapa konstruktioner med tillräcklig noggrannhet och manövrerbarhet, oavsett om det gäller transport av varor, vård, läkemedelsleveranser eller kirurgi. När medicintekniska robotar förlitar sig på IoT-datasystem för information i realtid är det viktigt att de är kompatibla med befintliga sjukhusnätverk.

Figur 5: Komponenter som lastceller garanterar att patientlyftarna fungerar korrekt och inom specifikationerna för konstruktionen. (Bild: Loadstar Sensors)

Krav på leverantörer av medicintekniska robotar

Konstruktörer, programutvecklare och leverantörer av medicintekniska robotar måste ha omfattande kunskaper om bästa praxis för den behandling eller den procedur som ska motoriseras eller automatiseras. Det krävs även en god förståelse för underliggande verksamhetskrav och genomförbara metoder för att tjäna pengar i branschen.

Alla system som är kopplade till lagring av patientinformation kräver säker datahantering. Detta gäller både strukturerad data (som finns i databaser) och ostrukturerad data i textbevarande system. Utmärkt nätverksintegration och analysmöjligheter är centrala för att motivera de extra insatserna för datahantering med ett förutsägbart och adaptivt systembeteende.

Överväganden om data från medicintekniska robotar

Innan medicinteknisk robotteknik införs i full skala bör man utvärdera hur den påverkar patientsäkerheten, behandlingsbekvämligheten och resultaten. Resultaten från tidigare tillämpningar bör studeras för att kvantifiera förbättringar av patientåterhämtningen och kostnadsminskningar. Program för medicinsk robotteknik bör också bedömas utifrån hur de gör det möjligt för sjukhuspersonalen att fokusera mer på patientvård - oavsett om de är på plats eller på distans. När robotteknik visar sig stödja sjukhussystemens huvuduppdrag när det gäller kvalitativ vård, patienttillfredsställelse och effektivitet bör sjukhusledningen vara delaktig i att kommunicera dessa fördelar till personalen och det lokala samhället.

Utbildning av personal i medicintekniska robotars funktioner

Hälso- och sjukvårdsorganisationer som inför medicintekniska robotar bör se till att tekniken är väl anpassad till vårdpersonalens expertis; för all sjukhuspersonal som kommer att arbeta med den nya robottekniken bör man införa program för inledande och fortlöpande utbildning. Här kan det saknas standarder för standardutbildningar, så organisationerna bör söka efter samarbetspartner som kan rekommendera och utforma utbildningsmoduler efter behov. Förutom utbildning i hur man använder och underhåller robotar på ett säkert sätt (i tillämpliga fall) bör sådan utbildning även inkludera rutiner för försäkringsdokumentation och -fakturering - kompletterat med lättillgängliga manualer och digitala uppdateringsmoduler för sjukhuspersonal.

Data för att stödja anslutna verksamheter

Datasynlighet och artificiell intelligens kan optimera kontrollen över utrustningen och samtidigt ge djupgående insikt i olika robotiserade förfaranden. Om utrustningen kan anslutas till nätverk kan sjukhusen analysera data för att bedöma robotprogrammens effektivitet ... vilket är särskilt användbart när sjukhussystemen vill skala upp ett visst robotprogram.

Figur 6: Produkter för USB-till-seriell- och nätverk-till-seriell kan tillhandahålla gränssnitt mellan medicintekniska robotar och utrustning som ursprungligen inte var utformad för anslutning. Lösningar för dataanslutningsmöjligheter kan även övervaka miljöer som måste kontrolleras noggrant - och se till att mobila robotar är säkert och tillförlitligt anslutna. (Bild: Digi)

Uppgifter för att uppfylla bestämmelser

Sammanhängande datahanteringssystem kan hjälpa sjukhusnätverk på flera platser samt fristående sjukhus, kliniker och kirurgicenter att verifiera att de uppfyller myndigheternas och branschens bestämmelser på ett effektivt sätt. Det är mer sannolikt att de platser där medicintekniska robotar används har enhetliga nätverk eller åtminstone standardmetoder för att ansluta separata system. Tillskottet av robotutrustning för kritiska uppgifter gynnas även av det sätt på vilket de flesta vårdinrättningar redan har snabbverkande system för reservkraft och dataöverföring.

Figur 7: Isolationstransformatorer av medicinsk kvalitet har stöd för problemfri drift av robotteknik och annan utrustning med kontinuerlig brusfiltrering och 100 % isolering från inkommande växelström. Listan UL 60601-1 för kontakter och uttag av medicinsk kvalitet gör att transformatorerna är lämpliga för att skydda elektronisk utrustning i områden för patientvård. (Bild: Tripp Lite)

Medicinsk robotteknik kräver naturligtvis strikt fysisk säkerhet och cybersäkerhet. Det kräver ofta en strikt begränsad och övervakad åtkomst av robotställdon, styrenheter, nätverk och datalagring. Överensstämmelse med bransch-, leverantörs- och myndighetsbestämmelser måste följas strikt och dokumenteras.

Sammanfattning

I USA har medicinindustrins införande av robotteknik fortsatt med oförminskad styrka under det senaste decenniet. Investeringarna kommer troligen att fortsätta eftersom en åldrande befolkning förlitar sig allt mer på industrin - även om sjukhusens budgetar i hela landet står inför stora utmaningar. Trots allt kan robotteknik ge långsiktiga driftsbesparingar för många rutinmässiga funktioner inom sjukvården ... för att inte tala om de mest avancerade alternativen för operationer och andra behandlingar som är maximalt exakta och minimalt invasiva.

Det finns dock en viss reservation för att införandet av robotteknik kräver en tydlig kartläggning av sjukhusens behov och lämpliga lösningar med robotteknik, att man uppfyller exceptionellt stränga bestämmelser och att man gör inköp från medicintekniska leverantörer som kan ge långsiktigt stöd för konstruktionen. Åtminstone för de flesta större sjukhussystem kräver robotprogrammen även dedikerade kontaktpersoner med expertis inom automation för att samordna kontinuerliga förbättringsinsatser.

I slutänden bör medicintekniska robotar även utvärderas grundligt med avseende på patientsäkerhet och bekvämlighet likväl som i fråga om förfaranden och behandlingar.