Jak funguje robot daVinci

Od první operace provedené na člověku se systémem daVinci uplynulo již 13 let. Během této doby bylo instalováno přes 1800 těchto zařízení po celém světě. Více než dvě třetiny z nich pracují ve Spojených státech a další jsou v provozu ve vyspělých i rozvojových zemích na všech kontinentech. Neustále se však objevují další možnosti využití v oblasti medicíny. Konkrétní systém se navrhuje podle následujících kritérií: využití techniky laparoskopické miniinvazivní chirurgie s důrazem na zvýšení pohyblivosti nástrojů a zlepšení přesnosti práce; intuitivní a ergonomické ovládání nástrojů; možnost provádět operace na dálku, kdy chirurg nemusí být přítomen přímo u pacienta. Výsledkem je koncepce systému, který se skládá ze tří hlavních částí. Operační konzola, která je umístěna u pacienta, tvoří výkonnou jednotku a přímo provádí pohyb nástrojů. Ovládací konzola je místem, odkud chirurg řídí pohyby nástrojů. Video vůz obsahuje kamerové jednotky a další moduly pro zpracování videosignálu. Základní funkcí systému je převod pohybů rukou operatéra na pohyby pracovních nástrojů. Na první pohled jednoduchá činnost je realizována propracovaným technickým řešením, kterým je systém daVinci jedinečný. Pohyb rukou se snímá tzv. manipulátory - velmi zjednodušeně se někdy nazývají joystiky, protože plní stejnou funkci. Jedná se o pákový mechanismus s osmi pohyblivými klouby – osami. V každé z těchto os se průběžně snímá pozice. Počítač pak určuje polohu prstů v reálném čase a transformuje ji na data pro řízení pohybu ovládaných nástrojů. Celek je doplněn motorem pro každou osu, který eliminuje působení gravitace na mechanismus a simulaci zpětné vazby v případě překážky v pohybu nástroje (např. kolize ramen). Podobně, ovšem v obráceném smyslu, funguje nástrojové rameno. To obsahuje sedm pohonných elektromotorických jednotek, které nastavením pozice jednotlivých os určují polohu nástroje. Oproti ovládacímu manipulátoru (snímači pohybu) je zde o jednu osu méně. Z konstrukčních důvodů jsou motory umístěny u paty ramene, kde je rameno upevněno. Převod pohybu k nástroji je řešen lankovými převody. Tím je dosaženo nízké hmotnosti a malých rozměrů vlastní nástrojové části. Systém má dnes už tři vývojové generace, které se liší konstrukčním řešením jednotlivých částí. IS1200 – daVinci Standard Systém daVinci Standard byl prvním typem rozsáhle využívaným v medicínské praxi. V současné době se již nevyrábí, celkem se ho vyrobilo kolem 500 kusů. Hlavní řídicí jednotkou je ovládací konzola. V přední části je umístěn stereoskopický zobrazovací modul. Pod ním jsou ovladače pro snímání pohybu rukou a opěrka předloktí s ovládacími panely po obou stranách. V dolní části je nožní spínač pro přepínání funkce ovladačů a řízení periferních přístrojů (koagulace). V zadní nosné části je umístěna elektronika systému. Zdrojová část s akumulátorem umožňuje práci v nouzovém režimu při výpadku napájení. Nachází se zde modul řídicího počítače a výkonové moduly pro přímé ovládání jednotlivých ramen. Dále je zde umístěn modul pro připojení a zpracování videosignálů a deska rozhraní, která dovoluje připojení ostatních komponent. Operační konzola je řešena jako pasivní bez vlastního napájení. Je propojena s ovládací konzolou čtyřmi (případně třemi u tříramenné verze) výkonovými kabely, které přímo napájejí pohonné jednotky. Vlastní nosná část je tvořena masivní ocelovou konstrukcí, která umožňuje stabilní upevnění ramen. Videovůz je částí, jejíž hlavní funkcí je zpracování a zobrazení obrazu endoskopu. Obsahuje dvě nezávislé řídicí kamerové jednotky. Duální hlavice kamery je připevněna přímo k endoskopu a propojena kabelem. Manuální ostření optiky se provádí dálkově, řídicí modul je umístěn pod kamerami a ovládá motorickou jednotku umístěnou v hlavici. Oba videosignály se synchronizují a po převodu do digitální formy (SDI) koaxiálními kabely vedou do ovládací konzoly. Na videovozu jsou rovněž umístěny podpůrné přístroje jako světelný zdroj, insuflátor, koagulace, monitor asistenta, případně video (DVD) rekordér. IS2000 – daVinci S a S HD Systém daVinci S se vyrábí od roku 2005. Má novou konstrukci pacientské části a liší se též novým řešením propojení jednotlivých komponent. Ve verzi HD je osazen kamerovými jednotkami a moduly pro zpracování videosignálů s vysokým rozlišením. Ovládací konzola systému daVinci S a S HD se na první pohled neliší od předchozí verze. Podstatnou konstrukční změnou je zde přesunutí výkonových ovládacích modulů ramen do operační konzoly. Dále je zde použit nový stereoskopický zobrazovací modul, který umožňuje využívat vyšší rozlišení obrazu. Operační konzola je také zkonstruována zcela nově. V dolní části jsou umístěny elektronické moduly - zdrojová část se záložním akumulátorem, výkonové moduly pro ovládání ramen a komunikační modul. Pojezdová část je vybavena pohonnou jednotkou s elektromotory umožňující komfortní převážení. Zcela nová je i konstrukce ramen, která mají podstatně větší rozsah pohyblivosti a umožňují přesnější nastavení pozice. Nově řešený je také způsob komunikace s ovládací konzolou. Protože se přenášejí pouze digitální data, používá se optický kabel. IS3000 – daVinci Si Nejnovějším modelem v řadě daVinci je daVinci Si. Oproti předchozímu modelu má kompletně přepracovanou konstrukci ovládací konzoly a videovozu. Řídicí počítač byl přesunut z konzoly do videovozu. Jednotlivé komponenty jsou vzájemně propojeny pouze optickým kabelem. Nová konstrukce ovládací konzoly přináší podstatné zmenšení rozměrů. Umožňuje provádět rozsáhlá ergonomická nastavení polohy ovládacích prvků dle potřeby chirurga. Elektronicky se nastavuje poloha nožního ovladače, výška ručních ovladačů a výška i sklon obrazového modulu. Celé toto nastavení lze uložit do paměti a zpětně vyvolat po zadání jména profilu operatéra. K zásadním změnám došlo v konstrukci videovozu. Původně koncipovaný nosič kamerové jednotky se změnil v řídicí centrum systému. Centrální jednotka je umístěna v jeho dolní části. Do konstrukce videovozu je plně integrován světelný zdroj a dvojitá kamerová jednotka. Všechny komponenty jsou propojeny datovou sběrnicí, takže je lze ovládat i z ovládací konzoly chirurga, hlavy kamery nebo dotykové obrazovky. Ta je opět umístěna na polohovatelném rameni v horní části. Celá sestava umožňuje zpracování videosignálů ve vysokém rozlišení. To dává nejen vysokou kvalitu obrazu, ale také další možnosti nastavení formátu a zvětšení obrazu (zoom). Model daVinci Si umožňuje rozšíření sestavy o druhou ovládací konzolu, kterou lze využít pro spolupráci dvou chirurgů a k současnému ovládání všech nástrojových ramen. Velmi vhodné je využití druhé konzoly při zaškolování nových lékařů. Novinkou je možnost doplnění konzoly o tréninkový modul – simulátor. Ten umožňuje nácvik operačních technik bez nutnosti instalace kompletního systému včetně nástrojů a endoskopu. Je daVinci skutečně robot? Závěrem ještě pohled na princip funkce systému daVinci. Je to skutečně robot? Jeho úkolem je přesné převedení pohybů rukou chirurga na pohyby nástrojů. Pomocí synchronizace polohy nástroje s polohou endoskopu, tedy pohledem chirurga, je dosaženo intuitivního ovládání nástrojů, kdy pohyb pracovní části nástrojů odpovídá skutečným pohybům rukou. Tento dokonalý stroj, s výjimkou filtrace případného třesu ovládajících rukou, nijak samostatně neovlivní průběh operace. Vše je v rukou chirurga. Ing. František Pikeš