Geavanceerde chirurgische robots

Tot de cruciale onderdelen van de nieuwste versies van het chirurgisch systeem da Vinci™ S HD behoren de hoogwaardige motoren die zelfs bij extreem lage toerentallen soepel draaien.

In de modernste operatiekamers wordt tegenwoordig gebruikgemaakt van het chirurgische systeem da Vinci™ S HD van Intuitive Surgical Inc. (Sunnyvale, CA, Verenigde Staten), waarmee chirurgen minimaal invasieve ingrepen kunnen uitvoeren. Het systeem maakt gebruik van een geavanceerde bewegingscontroletechnologie die ervoor zorgt dat de chirurgische instrumenten elke beweging soepel en uiterst nauwkeurig uitvoeren. Bijna zoals de hand van een ervaren chirurg – zelfs bij extreem lage snelheden. Het is Intuitive Surgical gelukt om het systeem da Vinci™ S HD te blijven verbeteren. Het bedrijf gebruikt hierbij consequent de beste componenten en bedieningselementen die op de markt verkrijgbaar zijn. De da Vinci™ S HD zal dus ook in de toekomst in staat zijn om zeer complexe operaties uit te voeren die levens redden. Elk da Vinci™ S HD-systeem bevat 39 maxon motoren.

Een chirurgisch systeem met hoge precisie

Het chirurgisch systeem zelf bestaat uit onder andere twee robotarmen en vereist maar drie kleine incisies van 8 tot 12 mm breed om een camera en chirurgische instrumenten in het lichaam van de patiënt te brengen. Alleen de robot en de chirurgische assistenten staan boven de patiënt, terwijl de chirurg zich aan de andere kant van de operatiekamer bevindt en het systeem vanaf de console bestuurt. Op deze wijze wordt uiterst precies een operatie nagebootst.

De chirurgische robot da Vinci™ S HD is zo ontwikkeld dat hij perfect in de operatiekamer kan worden geïntegreerd en het chirurgische team optimaal kan ondersteunen. Het hele systeem bestaat uit drie hoofdcomponenten: de console van de chirurg, een wagen naast de patiënt waarop zich de instrumenten bevinden en de beeldverwerkingsmodule.

Het chirurgisch systeem da Vinci™ S HD draait om de console van de chirurg. Hier controleert de chirurg elk moment van de operatie. Proeven met andere soorten technieken met een videotransmissiesysteem bleken minder effectief. Het grootste probleem vormde de verwisseling van de richting waarmee de chirurgen te maken kregen. Alsof je je schoenveters met eetstokjes wilt strikken. Als je de eetstokjes naar links beweegt, beweegt de punt naar rechts. Dat is de contra-intuïtieve beweging die wordt ervaren bij traditionele laparoscopische chirurgie. De chirurg moest deze contra-intuïtieve bewegingen leren door ervaring.

Dankzij het chirurgische systeem da Vinci™ S HD kan de chirurg de operatie uitvoeren terwijl hij comfortabel achter een console zit en een ongeëvenaarde 3D-visualisatie met hoge resolutie van het operatiegebied bekijkt. Als eerste chirurgische robotsysteem met 3D-videotransmissie in hd-kwaliteit ter wereld biedt het systeem de dubbele beeldresolutie ten opzichte van oudere modellen. Daardoor is het beeld duidelijker en kunnen weefsel en de fijnste structuren beter worden weergegeven. Het InSite™ vision-systeem, de endoscoop (hd en 3D) met hoge resolutie en de beeldverwerkingsmodule leveren levensechte beelden van het te opereren gebied. Operatiebeelden worden verbeterd, verfijnd, en geoptimaliseerd met behulp van beeldsynchronisatoren, verlichting met hoge intensiteit en camerabesturingseenheden.

Eveneens op de console voert de chirurg bewegingen uit met behulp van handsensoren (bedieningselementen die operatiebewegingen nabootsen). De vingers van de chirurg grijpen de handsensoren onder het scherm met de polsen in een natuurlijke positie ten opzichte van zijn of haar ogen. Vervolgens worden de bewegingen van de chirurg naadloos omgezet in precieze, onvertraagde bewegingen van de medische instrumenten die in de patiënt aan het werk zijn.

De robotarmen, die de chirurgische instrumenten dragen, worden door de chirurg bediend met pols, hand en vingerbewegingen, net als bij een conventionele operatie. Voor het systeem is een uitgebreid assortiment EndoWrist™-instrumenten beschikbaar. Deze endoscopische instrumenten zijn ontworpen met zeven bewegingsgraden die de beweeglijkheid van de menselijke pols nabootsen. Elk instrument heeft een specifieke chirurgische taak, zoals klemmen, hechten en weefselmanipulatie.

Aan de wagen naast de patiënt zitten de twee robotarmen en een endoscooparm vast, die de bewegingen van de chirurg dupliceren. Optioneel kan een derde robotarm worden geïnstalleerd. De chirurgen kunnen dus een extra endoscopisch instrument inzetten en de chirurgische mogelijkheden verder uitbreiden. De laparoscopische instrumenten kunnen om hun as draaien, waardoor de lichaamswand van de patiënt niet meer als hefboom hoeft te worden gebruikt. Dit minimaliseert weefsel- en zenuwschade. Ondersteunend chirurgisch personeel installeert de juiste instrumenten, bereidt het inbrengen van de sondes in het lichaam van de patiënt voor en houdt toezicht op de gebruikte laparoscopische armen en instrumenten.

maxon motoren en hun extreme betrouwbaarheid

Op de millimeter nauwkeurige bewegingscontrole is noodzakelijk wanneer robot-instrumenten kleine incisies (8 tot 10 mm) in het lichaam van de patiënt maken. Het middelpunt van elke manipulator zijn de DC-motoren die zijn ontwikkeld en geproduceerd door maxon.

Mike Prindiville, manufacturing engineering manager bij Intuitive Surgical, zegt: “Hoewel er veel op de markt te krijgen valt, voldoet alleen maxon consequent aan onze eisen met betrekking tot prestatie en kwaliteit. maxon is als partner sterk bij het succes van ons product betrokken geweest.” De maxon motoren leveren de in- en uitgangen die essentieel zijn voor het da Vinci™ S HD-systeem. Via een reeks feedbackregelingen ontvangen de motoren en encoders input van de chirurg, die direct door de console-elektronica wordt geïnterpreteerd en wordt omgezet in outputsignalen voor de motoren in de robot. Op hun beurt oefenen de robotarmen via de console-elektronica krachten uit op de handen van de chirurg.

Ingenieurs van Intuitive Surgical hebben meer dan 30 maxon motoren in het ontwerp geïntegreerd, waaronder RE 25-motoren, sommige met en sommige zonder encoderfeedback; RE 13-motoren uitgerust met planetaire overbrengingen GP 13 en 13 mm magnetische encoders; en RE 35 motoren met encoders van externe leveranciers.

De stators van maxon motoren beschikken over zeldzame-aardmagneten; maxon motoren hebben een ijzerloos rotorontwerp, waardoor magnetisch ‘vertanden’ wordt geëlimineerd. Vooral bij lage snelheden betekent dit een duidelijk voordeel ten opzichte van conventioneel ontworpen motoren. De motoren bieden ook een ongeëvenaarde vermogensdichtheid en extreem soepele rotatie, die beide essentieel zijn voor de toepassing van Intuitive Surgical.

De motoren op de console van de chirurg worden masters genoemd. De slave-aandrijvingen, die in de robotarmen zijn geïnstalleerd, hebben dezelfde exactheid, maar kunnen ook worden teruggestuurd terwijl een assistent-chirurg de eindeffectoren in positie brengt. De motoren tonen ook lage hysterese aan de instrumentuiteinden.

Intuïtiviteit, volledig bewegingsbereik en de nieuwste technologieën

Het chirurgisch systeem da Vinci™ S HD is de enige commercieel beschikbare technologie die de chirurg de intuïtieve controle, het volledige bewegingsbereik, de mogelijkheid tot fijne weefselmanipulatie en de 3D-visualisatie biedt die kenmerkend zijn voor open chirurgie, terwijl de chirurg tegelijkertijd via kleine openingen minimaal invasieve chirurgie kan toepassen. Het zijn de nieuwste technologieën in de motoren en andere onderdelen die het mogelijk maken dat dergelijke systemen op de markt kunnen worden gebracht.

Het chirurgisch systeem da Vinci™ S HD is gebaseerd op de basistechnologie die bij het SRI (voorheen Stanford Research Institute) is ontwikkeld voor computer-ondersteunde chirurgie. Intuitive Surgical is later een samenwerking aangegaan met IBM, het Massachusetts Institute of Technology, en Heartport, Inc. om het da Vinci™ S HD-systeem verder te ontwikkelen. De Amerikaanse FDA (Food and Drug Administration) heeft het chirurgische systeem goedgekeurd voor gebruik bij abdominale chirurgie zoals blaas- en colonchirurgie, voor borstchirurgie met uitzondering van het hart, en voor prostaatchirurgie. In Europa wordt het da Vinci™ S HD-systeem al gebruikt voor bypassoperaties.

“Elke dag worden meer dan 10.000 maxon motoren ingezet om patiënten, chirurgen en ziekenhuizen over de hele wereld van dienst te zijn. maxon motoren hebben een bewezen staat van dienst inzake onfeilbaarheid en betrouwbaarheid, een lage wrijving en een lange levensduur. Elk da Vinci-systeem wordt getest op kritische prestatiekenmerken, waaronder wrijving, speling en compliance, en uiteenlopende sensorfeedbackcontroles”, aldus Mike Prindiville, manufacturing engineering manager bij Intuitive Surgical.