«روبولنز» وارد مي‌شود

جزييات ساخت روبات کمک جراح در دانشگاه علوم پزشکي تهران.

امروزه ديگر مثل سال‌ها قبل حتماً نبايد براي همه جراحي‌ها برش‌هاي بزرگ جراحي در سطح شکم بيماران ايجاد شود و بسياري از انواع جراحي‌ها را مي‌توان با «جراحي با حداقل تهاجم» انجام داد.

لاپاراسکوپي يکي از روش‌هاي جراحي است که حداقل برش جراحي را نياز دارد و مثلاً براي برداشتن کيسه صفرا با اين روش به جاي يک برش 10 ، 15 سانتيمتري روي شکم، دو يا سه برش يکي دو سانتيمتري در شکم ايجاد مي‌شود.

در لاپاراسکوپي که اين روزها طرفداران زيادي پيدا کرده، معمولاً از طريق يکي از برش‌هايي که در سطح شکم بيمار ايجاد شده، لنز وارد شکم مي‌شود. اين لنز ديد جراح را نسبت به محل جراحي و کارهايي که از طريق ساير وسايل در داخل شکم انجام مي‌شود، در طول عمل فراهم مي‌کند.

از سوراخ‌هاي ديگر، وسايل جراحي مثل قيچي و پنس مخصوص لاپاراسکوپي وارد شکم مي‌شوند. در ابتدا که لنز وارد شکم مي‌شود از آنجايي که احشاي شکم روي هم خوابيده‌اند، چيزي ديده نمي‌شود.

به همين دليل براي جدا کردن احشا از لنز و از يکديگر، گاز مخصوصي از طريق ابزار کناري لنز وارد شکم مي‌شود. مسلماً جراح نمي‌تواند با سه وسيله به طور همزمان کار کند. به همين دليل در طول جراحي لاپاراسکوپي يک نفر کمک جراح بايد هدايت و کنترل لنز را به عهده بگيرد. به اين فرد کمک جراح لاپاراسکوپي مي‌گويند.

کمک جراح در واقع چشم جراح است و بايد لنز را طوري هدايت کند که جراح بهترين ديد را داشته باشد. معمولاً جراح در طول جراحي جايي را که مي‌خواهد ببيند، به کمک خود آدرس مي‌دهد. مثلاً بالا، پايين، چپ و راست.

اما آنچه در طول لاپاراسکوپي مشکل ايجاد مي‌کند، جدا بودن ديد جراح از خود اوست. مثلاً وقتي جراح به کمک خود مي‌گويد که بالا را مي‌خواهم نگاه کنم، کمک جراح بايد دسته لنز را به سمت پايين هدايت کند تا ديد مطلوب ايجاد شود و در شرايط پر استرس، خصوصاً در انتهاي جراحي که کمک خسته شده است، ممکن است اين دستورات جراح درست اجرا نشود.

از طرفي کمک جراح، انسان است و پس از 30 يا 40 دقيقه نگه داشتن دسته لنز خسته مي‌شود و ديگر به اندازه کافي در ميزان حرکت دادن لنز نمي‌تواند دقت داشته باشد. به خاطر همين دلايل، روباتي در مرکز تحقيقات علوم و تکنولوژي در دانشگاه علوم پزشکي تهران با همکاري دانشمندان دانشگاه صنعتي شريف طراحي و ساخته شده است که مي‌تواند کار کمک جراح لاپاراسکوپي را انجام دهد.

نام اين روبات «روبولنز» است. روبولنز از يک ارابه، يک محور عمودي، يک بازوي افقي، يک سر و يک بازوي عمودي تشکيل شده است. ارابه اين دستگاه خود شامل چند بخش است.

مهندس ميرباقري در اين باره مي‌گويد: «ما در اين روبات و در واقع در مراحل تحقيقاتي از ارابه دستگاه رادولوژي موبايل استفاده کرده‌ايم که مسلماً در مراحل توليد انبوه بايد ارابه مخصوص براي آن طراحي و ساخته شود. ارابه محل نصب کامپيوتر و مونيتور و صفحه کليد مخصوص روبات است.»

گويا بخش رايانه اين روبات اساس ساده‌اي دارد. به گفته مهندس ميرباقري، بخش کامپيوتري اين روبات يک کامپيوتر شخصي يا همان PC و سيستم عامل آن ويندوز 98 است. نرم افزار روبات هم در محيط برنامه نويسي C++ نوشته شده است که برنامه‌نويسي آن را هم خود مهندس ميرباقري انجام داده است.

محور عمودي بخش ديگر روبولنز است که مهندس ميرباقري در مورد آن مي‌گويد: «محور عمودي روبات محل اتصال ساير اجزاي عمل کننده روبات است. استفاده از نوع خاصي از پيچ در داخل اين محور امکان تعيين ارتفاع دستگاه را فراهم مي‌کند. در قاعده اين محور نيز نوعي موتور موسوم به سرووموتور وجود دارد که مي‌تواند با دقت بسيار زياد و سرعتي کاملاً مشخص ارتفاع ساير اجزاي روبات روي محور عمودي را تغيير دهد.»

بازوي افقي که در بالاي دستگاه قرار دارد و از يک طرف به محور عمودي و از طرف ديگر به سر روبات متصل مي‌شود، به صورت افقي و موازي با سطح بدن بيمار قرار مي‌گيرد. مهندس ميرباقري در اين باره مي‌گويد: «طول بازوي افقي قابل تنظيم است. و ارتفاع آن هم از طريق محور عمودي تنطيم مي‌شود.»

سر دستگاه که در انتهاي بازوي افقي قرار دارد، به نوعي مهمترين بخش دستگاه است. طوري که مهندس ميرباقري در مورد آن مي‌گويد: «سر دستگاه در واقع قلب روبات است. داخل اين سر 2 سرووموتور، 2 کدگشا و 2 گيربوکس خيلي دقيق قرار دارد. بخش ليزري دستگاه نيز در همين سر روبات قرار دارد که در واقع تعيين کننده مختصات نقطه برش پوست شکم است.»

بازوي عمودي بخش ديگري از دستگاه است که از بالا به سر دستگاه و از پايين به دسته لنز متصل مي‌شود. شکل ظاهري اين بازو به نحوي طراحي شده که در هنگام جراحي مزاحم کار جراح نباشد.

اين بازوي عمودي که مهندس ميرباقري از آن به رابط نگهدارنده لنز ياد مي‌کند، فقط يک نگهدارنده نيست. چرا که در بخش انتهاي پاييني آن بخشي قرار دارد موسوم به مچ روبات. داخل مچ روبات ابزاري وجود دارد که ارتفاع دسته لنز و نيز محل برش سطح پوست را تعيين مي‌کند. مهندس ميرباقري در اين باره مي‌گويد: «براي تشخيص موقعيت يک نقطه در فضا بايد روبات علاوه بر مختصات طول و عرض نقطه از ارتفاع آن هم اطلاع داشته باشد.

روبات مختصات طول و عرض نقطه ورود لنز به شکم را با کمک ابزار ليزر که در سر روبات قرار دارد تعيين مي‌کند و ارتفاع نقطه را با کمک ابزاري که در مچ ابزار نگهدارنده لنز قرار دارد، تشخيص مي‌دهد.»

بخش ديگر دستگاه پدال‌ها هستند که زير پاي جراح قرار مي‌گيرند. مهندس ميرباقري در اين باره مي‌گويد: «بدون اين روبات جراح به صورت کلامي ‌دستورات خود را به کمک خود مي‌گفت و با اين روبات جراح دستورات خود را از طريق پايش به پدال‌ها منتقل مي‌کند و روبات آن دستورات را اجرا مي‌کند.»

مزاياي روبولنز

يکي از ويژگي‌هاي اين روبات دقت آن در حفظ زوايا و مختصات‌هاست. مهندس ميرباقري در اين باره مي‌گويد: «يکي از مواردي که جراح‌ها در طراحي اين روبات از ما خواستند اين بود که سر لنز در محيط يک کره حرکت کند و با تغيير جهت لنز فاصله آن با محل برش تغيير نکند. اين نکته در طراحي روبولنز رعايت شده و همين ويژگي باعث مي‌شود که جراح با تغيير جهت لنز مختصات محل جراحي و ديد خود را گم نکند.»

دقت زياد اين دستگاه در هنگام حرکت و تغيير زاويه دسته لنز نيز بسيار جالب توجه است طوري که مهندس ميرباقري در مورد آن مي‌گويد: «حساسيت خود اين سرووموتورها خيلي زياد است ولي وقتي در کنار هم قرار مي‌گيرند و بالاخره به دليل اين که در هنگام کار کردن و روشن شدن دستگاه تکان‌هاي بسيار کوچکي را متحمل مي‌شود، دقت عملي روبات به حدود نيم ميليمتر مي‌رسد. يعني حداقل ميزاني که اين دستگاه مي‌تواند سر لنز را حرکت دهد، حدود نيم ميليمتر است.»

اگرچه اين نيم ميليمتر عدد نسبتاً کمي‌به نظر مي‌رسد ولي براي درک دقت بالاي اين دستگاه بايد جراح بود. مهندس ميرباقري در اين باره مي‌گويد: «دقت دست انسان را نمي‌توان اندازه گرفت چرا که اين دقت فرد به فرد و در زمان‌هاي مختلف فرق مي‌کند. اما يک اصل ثابت اين است که خون‌رساني به دست کمک جراح بعد از 20 دقيقه کار با دسته لنز در حد يک سوم کاهش مي‌يابد و همين باعث خستگي و کاهش بسيار زياد دقت کمک جراح در اجراي دستورات جراح مي‌شود.»

قيمت کم روبولنز در مقايسه با انواع خارجي نيز يکي از مزاياي اين روبات ايراني است. هزينه ساخت اولين روبولنز حدود 40 ميليون تومان بوده و مهندس ميرباقري اميدوار است که با ورود اين روبات به بازار و توليد انبوه آن اين هزينه خيلي کاهش پيدا کند.

نمونه‌هاي خارجي

نکته‌اي که بايد به آن توجه کرد آن است که تا به حال هيچ روبات جراحي که بتواند به تنهايي و بدون دخالت جراح،عمل جراحي را انجام دهد ساخته نشده و منظور از روبات‌هاي جراح روبات‌‌‌‌هايي است که قادرند تحت نظارت و فرمان مستقيم جراح، عمل جراحي را انجام دهند.

اکثر اين روبات‌‌‌‌ها قادرند حرکات جراح را کپي کرده و با حذف لرزش‌ها و خطاها اعمال جراحي را با دقت و کيفيت بالايي انجام دهند. برخي از روبات‌‌‌‌هاي جراحي نيز در واقع کمک جراح بوده و قادرند در برخي از اعمال مثل نگهداري دوربين جراحي و ايجاد تصوير مناسب براي جراح به وي کمک کنند.

اگر بخواهيم از روبات‌هايي که در جراحي به کار مي‌روند نام ببريم، حتماً بايد از روبات يا سيستم جراحي داوينچي ياد کنيم. سيستم جراحي داوينچي از روبات‌‌‌‌هاي پيشرو در جراحي قلب محسوب مي‌شود. سيستم مزبور شامل يک ميز با صفحه فرمان جراح، يک ارابه کنار بيمار، تجهيزات پردازش تصوير و وسايل جراحي است و سرتاسر اتاق عمل را در بر گرفته و به تمام تيم جراحي کمک مي‌کند.

ميز جراح شامل دسته‌هايي است که حرکت جراح را کپي مي‌کنند و با استفاده از سيستم بينايي و از طريق پدال‌هاي پايي کنترل مي‌شوند و درک محيط را همانند آنچه در جراحي باز رخ مي‌دهد به نمايش مي‌گذارند. بدين ترتيب جراح در حالي كه با آرامش پشت ميز نشسته است و تصويري سه بعدي از محيط جراحي را مشاهده مي‌کند، عمل جراحي را انجام مي‌دهد.

تکنولوژي داوينچي حرکات جراح را بدون خطا و به طور دقيق به حركات واقعي ابزارهاي جراحي درون بدن بيمار تبديل مي‌کند. ارابه کنار بيمار شامل دو يا سه بازوي روباتيکي و يک بازوي اندوسکوپي است که دستورات جراح را اجرا مي‌کنند. بازوي لاپاراسکوپي قادر است در يک فضاي 1 سانتيمتري بچرخد و باعث کاهش آسيب‌هاي وارده به بافت و اعصاب شود.

سيستم روباتيک جراحي داوينچي به ارزش يک ميليون دلار با سه بازو در جراحي حضور مي‌يابد و جراح در پشت کامپيوتر در گوشه‌اي از اتاق عمل نشسته قلب بيمار را از درون دوربين کوچکي که از سوراخي به اندازه يک مداد وارد شده مشاهده مي‌کند.

دوربين يا لاپاراسکوپ وارد شده به وسيله اهرم‌هاي دستي و پدال‌هاي پايي کنترل مي‌شود. دو بريدگي ديگر در بدن بيمار امکان وارد شدن وسايل جراحي را فراهم مي‌کنند که براي دسترسي به رگ‌هاي کوچک خوني و بريدن و دوباره به هم دوختن آنها به‌کار مي‌روند.

جراح دو دسته مشابه (همانند دسته‌هاي بازي‌هاي کامپيوتري)را با مهارت هدايت مي‌کند و همتاي واقعي آنها درون بدن بيمار حرکت‌هايي را که جراح ايجاد مي‌کند تکرار مي‌نمايند. از آنجا که تصوير محدوده‌ جراحي بزرگ نمايي شده است، هنگامي‌که جراح چاقوي مجازي خود را حرکت مي‌دهد، ابزارهاي جراحي تنها يک سوم از مسافت پيموده شده توسط دست جراح را کپي مي‌کنند.

سيستم داوينچي قيمتي معادل يک ميليون دلار دارد و در حال حاضر تنها سيستم جراحي روباتيک تجاري دنيا مي‌باشد. طبق آمار تا سال 2002 بيش از 50 سيستم از آن در مراکز پزشکي آمريکا، 34 واحد در اروپا و 5 واحد در آسيا به کار گرفته شده‌اند.

اما در حوزه روبات‌هاي کمک جراح و در زمينه کاري که روبولنز انجام مي‌دهد، تنها يک روبات ديگر در دنيا وجود دارد به نام روبات ايساپ. البته امروزه به دليل نواقصي که ايساپ داشته، خيلي مورد اقبال جراحان نيست و تقريباً کنار گذاشته است.

روبات ايساپ با وجود دارا بودن معايب زيادي به دليل اولين و تنهاترين نمونه‌ موجود در بازار با استقبال زيادي از طرف جراحان روبه‌رو شد و از سال 1995 تا سال 1999 بيش از 80 هزار عمل جراحي با استفاده از اين روبات‌‌‌ به عنوان نگه‌دارنده اندوسکوپ در سراسر جهان انجام شده است.

اين روبات‌‌‌ يک نگه‌دارنده دوربين يا لاپاراسکوپ است. اين روبات‌‌‌ داراي يک بازوي مکانيکي بوده و بر روي يک ميز متحرک نصب شده است. اين روبات در زمان توليد، قيمتي حدود 90 تا 120 هزار دلار داشت.

مشک آن است که خود ببويد

در زمان طراحي روبولنز، شايد کسي فکر نمي‌کرد که جراحان اين‌قدر از کار کردن با آن راضي باشند و آن را به انسان کمک جراح ترجيح دهند.

دکتر کريميان، جراح و عضو هيأت علمي ‌دانشگاه علوم پزشکي تهران در اين باره مي‌گويد: «اين دستگاه خيلي خوب کار کرد. در واقع خيلي بهتر از آن چيزي که فکرش را مي‌کردم کار کرد. تجربه خيلي خوبي بود. من که در عمل جراحي لاپاراسکوپي در آوردن کيسه صفرا از اين روبات استفاده کردم، مدت زمان جراحي از حدود 40 دقيقه به حدود 20 دقيقه کاهش پيدا کرد.»

اما دکتر طولابي، جراح فلوشيپ لاپاراسکوپي و عضو هيات علمي‌دانشگاه علوم پزشکي تهران، در کنار ابراز خرسندي نسبت به موفقيت محققان ايراني در ساخت روبولنز مي‌گويد: «در کل نمي‌توان گفت که اين روبات خيلي پيشرفته و بي همتاست. اما از آن جهت که مي‌تواند حضور يک نفر در اتاق عمل به عنوان کمک جراح را کم کند، خيلي خوب است.

البته ما بايد به روباتي برسيم که کل جراحي را انجام دهد و مسير اين راه از ساخت چنين روبات‌هاي اوليه‌اي مي‌گذرد. ولي به هر حال روبولنز ايراداتي داردکه مهمترين آنها بزرگ بودن دستگاه است. از طرفي فرمان حرکتي آن اگر کمي‌نرم تر باشد بهتر است.»