Roboty równoległe do precyzyjnej manipulacji w operacjach chirurgicznych

pol Artykuł w języku polskim DOI: 10.14313/PAR_255/17

wyślij Krzysztof Mianowski , Filip Gruca , Jakub Grzonkowski , Jan Makulec Politechnika Warszawska, Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa, ul. Nowowiejska 24, 00-665 Warszawa

Pobierz Artykuł

Streszczenie

W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia poruszające problematykę robotów równoległych w zastosowaniu do precyzyjnej manipulacji w zabiegach operacji chirurgicznych. Zreferowano krótko stan nowych, opracowywanych współcześnie technik operacyjnych wymagających dużej dokładności i efektywności prowadzonych zabiegów zapewniających bardzo małą inwazyjność operacji. Na podstawie dostępnej literatury i materiałów internetowych przedstawiono szereg nowatorskich rozwiązań konstrukcji manipulatorów równoległych spełniających kryteria kwalifikujące do prowadzenia operacji chirurgicznych. Szczególną uwagę zwrócono na interdyscyplinarność tej dziedziny badań.

Słowa kluczowe

chirurgiczny robot operacyjny, precyzyjna manipulacja zdalna, robot równoległy

Parallel Robots for Precise Manipulation in Surgical Operations

Abstract

The article presents the state of the art solutions, regarding parallel robots used for precise manipulation in surgical procedures. The status of new, modern surgical techniques currently being developed, requiring high accuracy and efficiency of procedures ensuring very low invasiveness of the surgery, was briefly reported. Based on the available literature and Internet materials, a number of new, innovative solutions for the design of parallel manipulators that meet the criteria for conducting surgical operations were presented. Particular attention was paid to the interdisciplinarity of this field of research.

Keywords

parallel robot, surgical operating robot

Bibliografia

  1. Dupont P.E., Simaan N., Choset H., Rucker C., Continuum Robots for Medical Interventions, Proceedings of the IEEE, Vol. 110, No. 7, 2022, 847–870, DOI: 10.1109/JPROC.2022.3141338.
  2. Orekhov A.L., Aloi V.A., Rucker D.C., Modeling parallel continuum robots with general intermediate constraints, 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Singapore, 2017, 6142–6149, DOI: 10.1109/ICRA.2017.7989728.
  3. Fine H.F., Wei W., Goldman R.E., Simaan N., Robot-assisted ophthalmic surgery, “Canadian Journal of Ophthalmology”, Vol. 45, No. 6, 2010, 581–584, DOI: 10.3129/i10-106.
  4. Wei W., Goldman R.E., Fine H.F., Chang S., Simaan N., Performance Evaluation for Multi-arm Manipulation of Hollow Suspended Organs, “IEEE Transactions on Robotics”, Vol. 25, No. 1, 2009, 147–157, DOI: 10.1109/TRO.2008.2006865.
  5. Yu H., Shen J.-H., Joos K.M., Simaan N., Design, calibration and preliminary testing of a robotic telemanipulator for OCT guided retinal surgery, 2013 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Karlsruhe, Germany, 2013, 225–231, DOI: 10.1109/ICRA.2013.6630580.
  6. Myers K.J., Arteriovenous Sheathotomy, “Optometry – Journal of the American Optometric Association”, Vol. 75, No. 1, 2004, DOI: 10.1016/S1529-1839(04)70005-6.
  7. Laatikainen, L., Tarkkanen, A. & Koivuniemi, A. Vitrectomy, “International Ophthalmology”, Vol. 7, 1985, 215–222, DOI: 10.1007/BF00128368.
  8. Cepolina F., Diyon A., Jakubiak K., Matyja A., Matyja M., Ostrowski A., Razzoli R.P., Wilson T., Chirurgia robotowa, Raport 2023, Modern Healthcare Institute, ISBN: 978-83-968652-2-9.
  9. Saeidi H., Opferman J.D., Wei S., Leonard S., Hsieh M.H., Kang J.U., Krieger A., Autonomous robotic laparoscopic surgery for intestinal anastomosis, “Science Robotics”, Vol. 7, No. 62, 2022, DOI: 10.1126/scirobotics.abj2908.
  10. Nawrat Z., Mucha Ł., Lis K., Lehrich K., Rohr K., Kostka P., Robot chirurgiczny Robin Heart Tele – następca Robin Heart mc2, “Medical Robotics Reports”, Vol. 5, 2016, 27–33.
  11. Sangeeta S., Ophthalmology in ancient time – the Sushruta Samhita, “Journal of Clinical Ophthalmology and Research”, Vol. 6, No. 3, 2018, 117–120, DOI: 10.4103/jcor.jcor_15_17.
  12. Parasuraman R.R., Sheridan T.B., Wickens C.D., A model for types and levels of human interaction with automation, “IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics – Part A: Systems and Humans”, Vol. 30, No. 3, 2000, 286–297, DOI: 10.1109/3468.844354.
  13. Mianowski K., Manipulatory i roboty rehabilitacyjne oraz medyczne, rozdział w „Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000”, t. 5 Biomechanika i Inżynieria Rehabilitacyjna pod red. M. Nałęcza, AOW EXIT, Warszawa 2004, 823–846.
  14. Nawrat Z., Podsędkowski L., Mianowski K., Kostka P., Wróblewski P., Pruski R., Małota Z., Religa Z., RobIn Heart – polski robot kardiochirurgiczny – opis konstrukcji i sterowania, „Pomiary Automatyka Robotyka”, Nr 3, 2004.
  15. Nawrat Z., Podsędkowski L., Mianowski K., Religa Z., RobIn Heart 2003 – present state of the Polish telemanipulator project for cardiac surgery assistance, “International Journal of Artificial Organs”, Vol. 26, No 7, 2003, 1115–1119, DOI: 10.1177/039139880302601209.
  16. Mianowski K., On Some Aspects of Kinematic Properties of Parallel Manipulators Destined for Some New Applications, Proceedings of the Third International Conference RoMoCo ’02, 2002, 343–350, DOI: 10.1109/ROMOCO.2002.1177130.
  17. Nawrat Z., Podsędkowski L., Mianowski K., Wróblewski P., Kostka P., Baczyński M., Małota Z., Granosik G., Jezierski E., Wróblewska A., Religa Z., RobIn Heart in 2002 – Actual State of Polish Cardio-Robot, Proceedings of the Third International Conference RoMoCo ’02, 2002, 33–38, DOI: 10.1109/ROMOCO.2002.1177080.
  18. Mianowski K., Nawrat Z., Perspectives of medical robotics evolution in Poland in the beginning of twenty first century, Proceedings of International Conference MMAR ’02, Szczecin 2002, 933–940.
  19. Podsędkowski L., Mianowski K., Wróblewski P., Nawrat Z., Kinematic aspects of selected manipulators for cardiac surgery, Proceedings of International Conference MMAR ’02, Szczecin 2002, 923–928.
  20. Witkowski M., Mianowski K., Mechanical design of a new type of surgical manipulator, Proceedings of 5th International PhD Conference on Mechanical Engineering, 2007.
  21. Barczak T., Mianowski K., Projekt zadajnika i manipulatora sferycznego przeznaczonego do chirurgii laparoskopowej, „Problemy Robotyki”, red. K. Tchoń i C. Zieliński, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2012, t. 1, 25–34.
  22. Mianowski K., Nowe rozwiązanie manipulatora równoległego typu POLMAN do wspomagania operacji chirurgicznych metodą laparoskopową, „Nowoczesne Narzędzia Informatyczne w Praktyce Chirurgicznej”, Wydawnictwo CEMED, Warszawa 2007, 97–104.
  23. Witkowski M., Mianowski K., Projekt manipulatora nowego typu o wysokich właściwościach funkcjonalnych, Materiały Konferencji Doktorantów Politechniki Warszawskiej młodzi naukowcy wobec wyzwań współczesnej techniki, Warszawa 2007.
  24. Bonev I., Delta Parallel Robot — the Story of Success, [www.parallemic.org/Reviews/Review002.html].