Медицински и хирургични роботи

Дефиниционни граници и таксономия

Медицинската и хирургичната роботика се намират на критичната пресечна точка между прецизната кинематика, биомеханичното инженерство и критичната за мисията теория на управлението. За разлика от индустриалната роботика, където средата е структурирана, твърда и високо предвидима, медицинските роботи оперират в неструктурирани, деформируеми среди (меки тъкани). Таксономията на медицинските роботи е строго разделена на четири различни класа:

1. Телеуправляеми хирургични системи: Архитектури "master-slave" (напр. за лапароскопия и микрохирургия), при които системата превежда движенията на ръцете на хирурга в мащабирани микро-движения без тремор вътре в пациента.
2. Асистиращи системи с образно насочване: Роботизирани ръце, които държат инструменти или водачи за рязане точно по предварително планирана траектория (напр. стереотактична неврохирургия).
3. Активни/Полу-активни ортопедични роботи: Системи, използващи импедансно управление за налагане на "виртуални фикстури" (активни ограничения), позволяващи на хирурга да води инструмента, докато роботът активно предотвратява рязане извън дефинираната зона на безопасност.
4. Ендоваскуларни и континуум роботи: Гъвкави, високо редундантни задвижвани чрез сухожилия катетри, проектирани да навигират през кръвоносната система или естествените отвори чрез кинематика на непрекъснатата кривина.

Автономността в хирургичната роботика обхваща спектър от Ниво 0 (Без автономност) до Ниво 5 (Пълна автономност). В момента индустрията оперира предимно на Ниво 1 (Роботизирана асистенция) и Ниво 2 (Автономност на задачата), приоритизирайки управлението с човек в цикъла (HITL). Основната философия не е замяната на хирурга, а дълбокото разширяване на човешките възможности, надхвърляйки физическите ограничения на човешкото зрение, сръчност и време за реакция.

Историческа еволюция

Генезисът на хирургичната роботика започва не с меките тъкани, а с твърдите костни структури. През 1985 г. индустриалният робот PUMA 560 е адаптиран от Kwoh и екипа му за извършване на стереотактична мозъчна биопсия, отбелязвайки първата регистрирана роботизирана операция. Това установява жизнеспособността на екстремната пространствена прецизност. След това, през 1988 г. в Imperial College London е разработен PROBOT за трансуретрална резекция на простатата, който оперира автономно в строго ограничен анатомичен конус.