Page 17 - IFM_201304_vB 150 dpi

Inżynier i Fizyk Medyczny 4/2013 vol. 2 177
artykuł / article kardiologia / cardiology
Chirurgia wirtualna
Chirurgia wirtualna stanowi narzędzie do przejrzystej wizu-
alizacji zaawansowanej procedury chirurgicznej. Wykorzystując
technologię wirtualnej rzeczywistości, w Fundacji Rozwoju Kar-
diochirurgii FRK wykonano interaktywny, w pełni sterowalny
przez użytkownika model sali operacyjnej wyposażonej w tele-
manipulatory chirurgiczne Robin Heart [6-8]. Wykonano także sta-
nowisko treningowe do klasycznej laparoskopii. Model pozwala
na szeroko rozumianą symulację procedur chirurgicznych w cza-
sie rzeczywistym, dzięki czemu może służyć jako zaawansowane
i tanie stanowisko szkoleniowe przyszłych lekarzy chirurgów.
Opracowany oryginalny system planowania operacji umoż-
liwia zapamiętanie wybranych sekwencji obrazów ustawień
robota i narzędzi oraz cyfrowy, jednoznaczny zapis ustawień
(w układzie współrzędnych względem wybranych punktów na
ciele pacjenta, stole lub mapie sali operacyjnej). Obrazy mogą
być przywoływane na monitorze doradczym konsoli Robin Heart
Shell. Zapis współrzędnych ustawień robota (ustawień wszyst-
kich stopni swobody robota oraz jego podstawy) będzie umoż-
liwiał odtworzenie w rzeczywistości zaplanowanych ustawień.
Wirtualna rzeczywistość opracowana przez zespół FRK jest
obecnie wykorzystywana w czterech niezwykle istotnych i wza-
jemnie ze sobą powiązanych obszarach badawczych:
1) jako stanowisko treningowe przyszłych chirurgów, którzy
mogą się zapoznać z zachowaniemmodelu i sposobem ste-
rowania robotem Robin Heart,
2) jako narzędzie do planowania procedur operacyjnych
z możliwym instruktażem toku postępowania,
3) w programie doradczym, w którym komendą głosową
w trakcie zabiegu chirurgicznego zostanie przywołana pro-
cedura przećwiczona wcześniej na wirtualnym modelu,
4) w weryfikacji rozwiązań konstrukcyjnych robota na podsta-
wie ich użyteczności do określonej procedury chirurgicznej.
Wirtualny model sali operacyjnej może służyć do weryfikacji
możliwości zastosowania robota do danego zadania. Sala zosta-
ła wyposażona we wszystkie projektowane roboty, narzędzia
mechatroniczne (Robin Heart Uni System ) oraz wybrane typowe
narzędzia chirurgiczne i elementy sali operacyjnej. Technologia
wirtualnej rzeczywistości może doskonale służyć jako interak-
tywne narzędzie szkoleniowe.
Skuteczność praktycznego zastosowania robotów w chirurgii
endowizyjnej zależy od optymalizacji rozwiązań konstrukcyjnych
i odpowiedniego planowania operacji. Właściwe zaplanowanie
ustawienia robota przy stole operacyjnym, odpowiednia lokali-
zacja otworów w powłokach ciała pacjenta i przestrzeni roboczej
stanowią o szansie wykonania bezpiecznego zabiegu operacyj-
nego. Przedmiotem planowania jest również sekwencja ruchów
robota (choreografia) oraz dobór właściwych narzędzi. Do równie
ważnych aspektów stosowania narzędzi endoskopowych należą:
zachowanie stałopunktowości wprowadzania trzonu narzędzia
przez port trokaru w ciele pacjenta oraz maksymalnie duże pole
manewrowe końcówki roboczej w przestrzeni operacyjnej, przy
zachowaniu intuicyjnego sposobu manipulacji końcówką. Moż-
liwość operowania w przestrzeni wirtualnego ciała pacjenta po-
zwala chirurgowi na stwierdzenie, czy dane narzędzie o określo-
nych wymiarach geometrycznych i stopniach swobody dysponuje
właściwym zasięgiem do wykonania zaplanowanych czynności.
Technologia wirtualnej rzeczywistości stanowi idealny język po-
rozumienia z chirurgami i pole testów innowacyjnych rozwiązań.
Podsumowanie
Chirurg, przygotowując się do operacji, wykorzystuje wszystkie
dostępne dane precyzujące stan pacjenta (dane diagnostyczne,
opis choroby itd.) oraz dobiera środki, materiały, urządzenia,
narzędzia dla uzyskania optymalnego efektu leczenia. Metody
symulacji komputerowej oraz laboratoryjne testy modeli fizycz-
nych mogą stanowić podstawę do przygotowania operacji chi-
rurgicznych i weryfikacji metod stosowanych w chirurgii serca
i naczyń. Optymalizacja przedsięwzięcia medycznego ze wzglę-
du na zwiększenie szans pacjenta na szybki powrót do zdrowia
jest wspólnym przedsięwzięciem grup badawczych: chirurgów,
inżynierów, chemików, matematyków i biologów.
Przedstawione wyniki uzyskano w ramach projektu badawczego
N518 497239 Ministra Nauki i Szkolnictwa.
Literatura
1. Z. Malota, Z. Nawrat, T. Kukulski, P. Kostka: Modeling of the En-
dovetricular Shaper, International Journal of Artificial Organs,
30(8), 2007, 726.
2. Z. Malota, Z. Nawrat, P. Kostka, T. Kukulski, R. Przybylski: Physical
and computer optimization of MannequinTM Ednoventricular Sha-
per, International Journal of Artificial Organs, 29(5), 2006, 539.
3. Z. Malota, Z. Nawrat, P. Kostka: Computer and physical modeling
of blood circulation pump support for a new field of application in
palliative surgery, The International Journal of Artificial Organs,
30(12), 2007, 1068-1074.
4. Z. Malota: Metody modelowania wad zastawek serca. Badania in-vi-
tro dynamiki przepływu krwi, [w:] Z. Nawrat (red.): Postępy Techno-
logii Biomedycznych cz.2, M-Studio, Zabrze 2008, 130-151.
5. T. Mroczek, Z. Małota, E. Wójcik, Z. Nawrat, J. Skalski: Norwood
with right ventricle-topulmonary artery conduit is more effective
than Norwood with Blalock-Taussig shunt for hypoplastic left he-
art syndrome: mathematic modeling of hemodynamics, Eur J Car-
diothorac Surg, 40(6), 2011, 1412-1417.
6. Z. Nawrat, M. Koźlak: Robin Heart System modeling and training in
virtual reality, J. Automat. Mob. Rob. Intel. Syst., 1(2), 2007, 62-66.
7. Z. Nawrat: Roboty i manipulatory w medycynie, Mechanika Tech-
niczna, tom 12, [w:] R. Będziński (red.): Biomechanika, Wrocław
2011, 753-823.
8. Z. Nawrat: Robot chirurgiczny Robin Heart – projekty, prototypy,
badania, perspektywy, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowi-
cach, Katowice 2011.