Med hjälp av AR och VR för att utbilda kirurger
Danny Goel, VD och ortopedisk kirurg, klinisk lektor UBC Institutionen för Ortopedisk kirurgi, förklarar hur spel teknik integreras i medicinsk utbildning industrin.
Kirurgiska robotar är nu en standard del av det medicinska teamet som arbetar på operationsavdelningen. Men, trots att kallas robotar, dessa maskiner är inte oberoende – de är fortfarande helt under kontroll av läkare verksamma dem, som utövar verktyg och kameror för att utföra minimalt invasiv kirurgi med hjälp av sin maskin assistent. Ett projekt i Australien, men kan vara början på en ny riktning i robotic kirurgi.
Forskare vid Australian Centre for Robot Vision, en del av Queensland University of Technology (QUT), har arbetat på begreppen kirurgiska snakebots eftersom 2015, i syfte att skapa mer flexibla instrument för robotiserade kirurgi.
Efter att ha suttit på knä operationer — arthroscopies, där kirurger utför nyckelhålet operationer för att undersöka och reparera leder till — QUT laget såg att det fanns ett behov av nya verktyg som skulle kunna gå runt hörnen och passa in i den trånga utrymmen i knäet, bara några millimeter bred, snarare än den raka, oflexibla instrument som är mer vanligt i teatrar.
Den första iterationen av QUT snakebot var en enda bit av hårdvara, som består av bitar av metall som skulle teleskop i varandra och som skulle kunna utvidgas till att bilda en kurva. Medan den ursprungliga bot monterat den böjda-verktyg korthet att det inte erbjuder kurvor som var tillräckligt stram för den extremt smala knä eller förmågan att svänga runt hörn, något som behövs för verktyget för att nå vissa delar av knäleden.
Nu är forskarna tar en ny titt på den snakebots, uppfinna sina serpentin maskinvara som använder en version av principerna för utveckling — som ses genom linsen av AI.
Medan de tidiga snakebot var en en-storlek-passar-alla med, nya generationer av snakebots är utformade för att vara så individuell som patienter att de ska användas på.
“Vi tror att det är den mest unika med forskning. Människor har gjort alla typer av snakebots innan, naturligtvis, men detta begrepp handlar om att göra en snakebot för varje patient och för varje av deras verksamhet. Det är en helt egen snakebot för att patienten och de särskilda gemensamma operationen utförs på,” Centrum är utredningschef Jonathan Roberts berättade ZDNet.
Från vänster till höger: PhD Forskaren Andrew Razjigaev, professor Ross Crawford och professor Jonathan Roberts i arbetet på snakebot.
Australian Centre for Robot Vision
För att skapa snakebots att arbeta inom ramen för varje enskild ‘ s anatomy, det QUT team generera tiotals virtuella versioner av snakebot och ställa evolutionära algoritmer för att arbeta på dem i en survival-of-the-fittest tävling för att skapa de bästa som finns bot.
För det första, patientens knä är skannade av datortomografi eller MAGNETKAMERA och en modell av sin inre anatomi är modellerad. Tillsammans med kirurgen, den QUT system sedan beskriver vilka delar av knä kirurgen kommer att behöva för att nå under drift, samt de delar de behöver för att undvika.
Med den modell knä på plats, QUT system sätter hundra snakebot mönster genom deras steg, testa dem en och en i en simulering för att ta reda på hur väl de kommer till rätt delar av knät. Efteråt, de är rangordnade utifrån sina resultat. Sedan den evolutionära algoritmen förädlar de bättre resultat i mönster enligt resultaten av simuleringen, kör simuleringen över och över igen, och anpassa den vinnande robotar och avvisa dem som inte är upp till noll.
“Detta är kopiering vad som observerats i naturen och evolutionen, men du gör det inuti datorn… vi döda de som inte gör mycket bra och vi parar dem som gör väl. Parning, i det här fallet, innebär att du kombinerar hälften av egenskaper i en och en halv av de andra. Du gör slumpmässiga mutationer på några av dem – ändra några små bitar under parning.”
Efter 30 generationer, den evolutionära processen är klar. När vinnaren är krönt, det är skickade för att vara 3D-utskrivna, med det yttersta syftet att användas i kirurgi. Den snakebots är ihåliga och kirurgens verktyg och kameror kan träs genom hålet i mitten för att nå det gemensamma ytor.
Hårdvaran utvecklas också. Istället för metall sektioner som vika ner som en old-school bil antenn, den Snakebot är gjord av ett antal sektioner av 3D tryckt plast som är anslutna till varandra med en nylon tråd, och kunna böja som en ryggrad.
Framtida iterationer kan komma med en ny kamera system som för närvarande även under byggandet av Centrumet. “Kan du bygga upp en 3D-karta av det gemensamma när kameran är i det, som kan användas av kirurgen eller dator för att hjälpa till att styra roboten, säger Roberts. Systemet kan också bli semi-autonoma, kunna vägleda kirurger bort från områden med det gemensamma att de måste undvika. “Tanken är att om en kirurg skulle flytta ett verktyg till en plats de har redan talat om för systemet att det inte borde vara, till exempel om det kommer att skada några brosk, vi bygger säkerhet-funktionen så att kirurgerna kan inte råkar gå på fel ställe. Det är ett skydd runt den kirurg.”
Det är inte det enda sättet att robotar kan hjälpa till ortopeden. Teamet arbetar också på en extra robot som håller patientens ben under operation och flyttas runt för att ge kirurger att få tillgång till varje del av det gemensamma som de behöver, en roll som traditionellt utförs av kirurgen och deras assistenter under drift.
Den snakebots har utformats för att bifoga till nuvarande generation kirurgiska roboten system. Den QUT Snakebots för närvarande arbetar med RAVEN II, en forskning version av Da Vinci-kirurgisk robot som är en av de mest använda robotar kirurgiska system i medicinsk praxis.
För nu, QUT snakebots testas på anatomiska modeller. Laget hoppas på att gå på kadaver innan alltför lång tid, och från och med det att kommersialisering i ett par år.
SE: Vad är digital hälsa? Allt du behöver veta om framtidens hälso-och sjukvård
Medan snakebots har hittills varit inriktat på ortopedisk kirurgi, de är inte de enda verksamhet att systemet skulle kunna användas för att: den vändningar och stänger av hjärnan kirurgi kan också vara mogen för snakebot användas Roberts säger.
“Eftersom det handlar om robotar för minimalt invasiv kirurgi som kan gå runt hörn, det är som gäller för många, många saker. En mycket uppenbara, som folk börjar prata med oss om, är neurokirurgi. Om du vill få till någonstans i hjärnan, vill du inte att nödvändigtvis gå i en rak linje från där du anger från som – vill du förmodligen undvika saker som blodkärl. Det är där du verkligen vill kunna gå runt hörn. Att göra en patientspecifik robot för hjärnkirurgi gör ett mycket vettigt. Det är en väldigt uppenbar nästa område att undersöka.”
DE SENASTE OCH RELATERAT INNEHÅLL
Pharma företag räknar på cloud computing och AI för att göra utvecklingen av nya läkemedel snabbare och billigare
Destination cloud: Hur hälso-och organisationer som är framtidssäkra strategi och verksamhet
Amazon Alexa gett nya NHS hälsoråd roll: Men vad om patientens integritet?
Medtronic, IBM studie: maskininlärning, app, glukos övervakning av hårdvara combo förbättrar diabetes management
Kan spelar dessa tv-spel verkligen göra dig till en bättre läkare?
Rollen data vetenskap och teknik i psykisk hälsa behandling (TechRepublic)
Relaterade Ämnen:
3D-Utskrifter