Два с половиной года назад сотрудники THINK Surgical, компании по разработке роботизированной хирургии во Фремонте, штат Калифорния, убирали складское помещение рядом со своей штаб-квартирой, когда обнаружили объект, который, казалось, был старой рукой робота.
При ближайшем рассмотрении Мика Форштейн, помощник менеджера в компании, понял, что рука была остатком - прототипом изобретения, которое навсегда изменило операцию по замене суставов.
Инновационная роботизированная система, получившая название Robodoc, позволяет хирургам выполнять сложные операции на бедре и колене с большей точностью, используя компьютерные томограммы, преобразованные в трехмерные виртуальные изображения, для предоперационного планирования и сверления с помощью компьютера. Инструмент был использован в более чем 28 000 процедур по всему миру.
Теперь полностью восстановленный прототип 1989 года навсегда останется в коллекции Национального музея американской истории Смитсоновского института.
«Для нас важно помнить вехи в области медицинских технологий», - говорит Форштейн.
Прототип ROBODOC в Национальном музее американской истории. (NMAH / SI), Робот является детищем покойного ветеринара Говарда «Хэпа» А. Пола и хирурга, ставшего инженером-ортопедом Уильяма Баргара, которые оба работали в Калифорнийском университете в Дэвисе в 1980-х годах, когда Баргар осознал, что он называет дилеммой в полная эндопротезирование тазобедренного сустава или операция по замене тазобедренного сустава.
В ту эпоху имплантаты прикреплялись к телу пациента с помощью акрилового цемента, непостоянного материала, который в конечном итоге разрушался, возвращая пациента обратно под нож.
Исследователи уже пытались устранить потребность в неисправном цементе, используя пористые имплантаты, в которых кость могла бы расти. Это развитие решило проблему разрушающегося цемента, но имплантаты были все еще несовершенны, потому что они были изготовлены только в нескольких разных размерах; они не подходили для тела каждого пациента.
«Вы попытаетесь вставить их, и некоторые из них подойдут слишком плотно, - говорит Баргар, - или вы сломаете кость, вставив их, или некоторые подойдут слишком свободно, и они покачиваются, поэтому было трудно получить правильный размер для каждого пациента. Поэтому у меня была идея сделать эти вещи на заказ ».
Используя данные компьютерной томографии пациента, а также технологию автоматизированного проектирования / автоматизированного производства (CAD / CAM), Баргар мог спроектировать имплантат, подходящий для тела конкретного человека. Затем он мог перенести проект на станок CAD / CAM, который вырезал бы имплант из металла.
Между тем, в другой части кампуса Калифорнийского университета в Дэвисе Пол изучал операции по замене суставов у собак в качестве резидента Школы ветеринарной медицины. Он не мог вынести собаку за проблемы с суставами, если были альтернативы, такие как замена тазобедренного сустава. Два исследователя объединили усилия, проводя индивидуальные исследования имплантатов у собак.
Но даже с нестандартными имплантатами операция по замене сустава была ошибочной. В то время как машина производила имплантаты по индивидуальному заказу, хирурги все еще копали полости в костях пациентов вручную, часто грубо, создавая препятствия для введения имплантатов и прокладывая путь для вредных последствий, таких как расщепление кости.
Исследователи использовали ROBODOC в 23 операциях на собаках, прежде чем пытаться использовать его на человеке. (NMAH / SI), Во время полета домой из Ниццы, Франция, где они представили свои исследования по изготовлению нестандартных имплантатов, Баргар и Пол придумали свою следующую идею: использовать робота для разрезания обратной формы имплантата у пациента для идеальной подгонки.
Но области исследований в области робототехники и компьютеров развивались независимо друг от друга, и обучение робота действовать как машины CAD / CAM было новой концепцией. После того, как звонки многих производителей робототехники оставили исследователей в тупике, отец Баргара, бывший сотрудник IBM, связал его с группой из исследовательской лаборатории Томаса Дж. Уотсона. Там исследователи разработали автоматизированный машинный язык, но еще не применили его в реальном мире.
Это была идеальная пара, и в 1986 году исследователи начали совместную работу над первой и единственной активной роботизированной хирургической системой. Подобно машине CAD / CAM, используемой для изготовления имплантатов, робот следует указаниям хирурга, которые он получает от компьютера, используя этот язык, разработанный IBM.
«У вас должна быть идея, и вы должны быть наивными, и это также помогает быть удачливым», - говорит Баргар.
Они окрестили своего робота, Robodoc, в честь популярного фильма 1987 года RoboCop . Примерно в 1990 году при поддержке IBM Пол и Баргар основали компанию Integrated Surgical Systems и убедили FDA разрешить им провести технико-экономическое обоснование для человека в ноябре 1992 года. Между Integrated Surgical Systems и IBM существует десять патентов (номера 5769092, 5776136, 5806518, 5824085, 6033415, 6322567, 6430434, 5951475, 6415171 и 6747646), которые представляют различные компоненты всего изобретения.
Они уже использовали робота в операциях на 23 собаках, и, хотя у них были некоторые проблемы с настройкой машины для первой человеческой операции, они были успешны и доказали безопасность машины.
Затем FDA разрешило им провести еще девять операций на людях в многоцентровом исследовании (Пол участвовал в шести тестовых операциях, но, к сожалению, он умер от лейкемии за день до последней операции в ходе исследования).
Благодаря этим исследованиям они смогли доказать, что робот помог в более точной операции по замене суставов, но процедура заняла больше времени, чем традиционная операция, что привело к большей кровопотере. Они смогли настроить процесс с помощью рекомендаций врача из Германии, который начал использовать устройство примерно в то же время, когда команда Баргара начала многоцентровые исследования FDA (в ЕС был другой набор стандартов, который позволял использовать это устройство в Европе). до того, как он был использован в США).
Но чтобы учесть изменения, FDA потребовала, чтобы команда завершила еще одну серию испытаний, и к 2006 году компания испытывала нехватку средств. Они закрыли магазин до 2007 года, когда корейская компания Curexo, материнская компания THINK Surgical, совершила набег и предоставила средства для завершения исследования.
FDA окончательно очистило Robodoc в следующем году, и на сегодняшний день система все еще является единственной активной роботизированной хирургической системой (то есть робот выполняет процедуру самостоятельно, следуя указаниям хирурга), используемой в США для ортопедической хирургии.
ROBODOC был первым активным роботом, использованным в хирургии. (NMAH / SI), Джуди Челник, младший куратор музейного отдела медицины и науки, следила за развитием технологии роботизированной хирургии в течение многих лет, когда Форстейн связался со Смитсоновским институтом после открытия прототипа. Челник знала, что хочет собрать роботизированное медицинское устройство, но еще не решила, какое именно.
Увидев робота лично во Фремонте и изучив историю Robodoc, она решила, что это самое важное, что нужно собрать первым - потому что это был первый.
«Это исторически. Я вижу это как эволюцию хирургии. Это просто еще один способ сделать операцию », - говорит Челник.
В ноябре 2016 года Национальный музей американской истории официально ввел Robodoc в свои постоянные научные и медицинские коллекции. 72-летний Баргар, присутствовавший на церемонии посвящения, называет пожертвование Смитсоновскому институту «каппером» в его карьере. «Это огромная честь. Это, наверное, самое большое достижение в моей жизни », - говорит он.
