Die beste Robotik in der Medizin reflektiert die Eingaben des Pflegepersonals

Seit der COVID-19-Pandemie und dem daraus resultierenden Fachkräftemangel hat sich das Interesse der Bevölkerung an der Robotik (und deren Einsatz in der Industrie) beschleunigt. Heute sind Roboter für medizinische Anwendungen aller Art geeignet. Designs, die diese Anforderungen erfüllen, haben die Form von professionellen autonomen Bodenfahrzeugen (AGVs), automatisierten Teststationen und Patientenunterstützungssystemen, die die anspruchsvollste Chirurgierobotik in Krankenhäusern und anderen medizinischen Behandlungseinrichtungen ergänzen. Roboterdesigns für medizinische Anwendungen nehmen auch die Form von Haushaltsgeräten an, die die Lebensqualität von Menschen verbessern sollen, die trotz medizinischer Probleme ihre Mobilität und Unabhängigkeit durch einen altersgerechten Ansatz erhalten wollen.

Abbildung 1: Medizinroboter kommen in vielen Formen. Einige automatisieren einfach Aufgaben, die mühsam sein könnten oder das Risiko menschlicher Fehler erhöhen würden. (Bildquelle: Getty Images)

Obwohl dies nicht im Fokus dieses Artikels steht, ist es erwähnenswert, dass einige Robotikdesigns viele der technologischen Fortschritte im Bereich der Haussicherheit (einschließlich Videosysteme) und der HLK-Energieüberwachung für den Hausgebrauch für gesundheitsunterstützende Robotik adaptieren, die das Internet der Dinge (IoT), die Hausautomatisierung und die Systeminteroperabilität erweitern. So werden beispielsweise einige der zugrunde liegenden IoT-Technologien jetzt eingesetzt, um älteren Menschen zu helfen, ihre (manchmal komplizierten) Medikamentenpläne einzuhalten.

Eine weitere aufstrebende Art der Medizinrobotik - die Exoskelette - stellen die Konvergenz von Prothetik, Orthesen und Wearables dar, um älteren Menschen sowie Lager- und anderen Betriebsmitarbeitern zu helfen, die Verletzungen bei anstrengenden manuellen Aufgaben vermeiden wollen. Viele der hier vorgestellten Technologien gehen auf Innovationen zurück, die zunächst für militärische Anwendungen entwickelt wurden. Fast alle verfügen über IoT-Vernetzung und Sensor-Arrays für Feedback.

Abbildung 2: Die Ein-Zonen-Kraftmesswiderstände der Serie FSR 400 sind robuste Polymer-Dickschichtkomponenten, deren Widerstand mit zunehmender Kraft abnimmt. Die Empfindlichkeit eignet sich für den Einsatz in Mensch-Maschine-Schnittstellen, medizinischen Systemen und in der Robotik. (Bildquelle: Interlink Electronics)

Dynamischer Markt auf Wachstumskurs

In Krankenhäusern und anderen medizinischen Einrichtungen wird die Robotik eingesetzt:

• Verbesserung der Wiederholbarkeit heikler Verfahren - wie bei minimalinvasiven chirurgischen Eingriffen (MIS) und anderen robotergestützten Eingriffen
• Ausführung alltäglicher Aufgaben über einen Zeitraum, der für medizinisches Personal nicht akzeptabel ist - wie bei AGVs, die Bettzeug und andere Wäsche in weitläufigen Einrichtungen transportieren
• Unterstützung bei Arbeiten, die für das Pflegepersonal unsicher sind - z. B. bei Patientenliftern und Roboterbetten, um bewegungsunfähigen Menschen vom Bett in den Stuhl oder umgekehrt zu helfen
• Ergänzung automatisierter Systeme zur Datenverfolgung. Sehen Sie sich die Online-Videopräsentation Wie man mit RFID die Patientensicherheit erhöht und die Einnahmen schützt an, um mehr über dieses Thema zu erfahren
• Selbstständiges Einsammeln und Liefern von Medikamenten und Laborproben (unter Nutzung gesicherter Patientendaten)

Solche Fortschritte können die Möglichkeiten von Krankenschwestern und -pflegern, Ärzten, Krankenhausreinigern und Wartungspersonal erweitern. Sie bieten auch die Möglichkeit, vorhersehbare und wiederholbare Aufgaben vorzuprogrammieren und Informationen aus verschiedenen Krankenhaussystemen zu nutzen, um die Patientenversorgung kontinuierlich zu verbessern und die medizinische Forschung zu unterstützen.

Abbildung 3: Elektronisch kommutierte oder bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) werden in einigen medizinischen Robotern eingesetzt, um die Arm- und Handbewegungen von Patienten mit eingeschränkter Beweglichkeit der Arme zu trainieren und zu konditionieren. Das liegt daran, dass diese Motoren besonders kompakt und effizient sind. (Bild: Portescap)

Die chirurgische Robotik ist weiterhin führend bei der zunehmenden Automatisierung im medizinischen Bereich - zur Unterstützung von Chirurgen wie in der Vergangenheit und zunehmend unter Nutzung der Vorteile von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen. Ein Bericht von Fortune Business Insights prognostiziert, dass der Markt für chirurgische Roboter bis 2026 fast 6,8 Mrd. US-Dollar erreichen wird. Kein Wunder, denn computergestützte Systeme helfen Chirurgen nachweislich dabei, die Patientenergebnisse mit vergrößerten Bildern und präzisen Effektorbewegungen zu verbessern, die nicht durch Ermüdung, Zittern oder Ablenkung beeinträchtigt werden.

Abbildung 4: Die ND-Serie erweitert den Betriebstemperaturbereich von -20°C bis +85°C, während die Drucksensoren eine große Dynamik aufweisen, um die Aufgabe von einem halben Dutzend Sensoren mit einem eher traditionellen Design zu erfüllen. Konkret umfassen diese Komponenten integrierte Elektronik, fortschrittliche piezoresistive Elemente, einen ADC, einen DSP und eine digitale Schnittstelle, um Drücke von 0,25 Zoll H₂O bis 5 psi für den Einsatz in verschiedenen Designs zu erfassen - einschließlich automatisierter Geräte für die Augenchirurgie und autonome Fahrzeuge. (Bild: Superior Sensor Technology Inc.)

Andere Überlegungen zur Gestaltung von Medizinrobotern

Die besten medizinisch-robotischen Entwürfe werden von erfahrenem Krankenhauspersonal sowie anderen medizinischen Fachkräften und Pflegern beraten. Diese Informationen und ein gründliches Verständnis der menschlichen Anatomie können den Entwicklern von Robotern helfen, Designs mit ausreichender Genauigkeit und Manövrierfähigkeit zu entwickeln, sei es für den Transport von Gütern, die Pflege, die Verabreichung von Medikamenten oder die Chirurgie. Wenn Medizinroboter für Echtzeitinformationen auf IoT-Datensysteme angewiesen sind, ist ihre Kompatibilität mit bestehenden Krankenhausnetzen von entscheidender Bedeutung.

Abbildung 5: Komponenten wie Zugkraft-Lastzellen stellen sicher, dass Patientenlifter korrekt und innerhalb der Konstruktionsspezifikationen funktionieren. (Bild: Loadstar Sensors)

Anforderungen an Lieferanten von Medizinrobotern

Medizinroboter-Ingenieure, Softwareentwickler und Zulieferer müssen über umfassende Kenntnisse der bewährten Verfahren verfügen, die mit der motorisierten oder automatisierten Behandlung oder dem Verfahren verbunden sind. Erforderlich ist auch ein ausgeprägtes Verständnis der zugrundeliegenden Geschäftsanforderungen und praktikablen Monetarisierungsansätze für die Branche.

Alle Systeme, die mit der Aufbewahrung von Patienteninformationen verbunden sind, erfordern eine sichere Datenverwaltung. Das gilt sowohl für strukturierte Daten (wie sie in Datenbanken gespeichert sind) als auch für unstrukturierte Daten in textbasierten Systemen. Hervorragende Netzwerkintegrations- und -analysefähigkeiten sind von zentraler Bedeutung, um den zusätzlichen Aufwand für die Datenverwaltung durch ein vorausschauendes und adaptives Systemverhalten zu rechtfertigen.

Überlegungen zu Medizinroboterdaten

Bevor die Medizinrobotik in vollem Umfang eingeführt wird, sollte geprüft werden, wie sie sich auf die Patientensicherheit, den Behandlungskomfort und die Ergebnisse auswirkt. Die Ergebnisse früherer Umsetzungen sollten untersucht werden, um die Verbesserungen bei der Patientenversorgung und die Kostensenkungen zu quantifizieren. Medizinroboterprogramme sollten auch daraufhin geprüft werden, inwieweit sie das vorhandene Krankenhauspersonal entlasten, damit es sich stärker auf die Patientenversorgung konzentrieren kann - sei es vor Ort oder aus der Ferne. Wenn sich herausstellt, dass die Robotik die Kernaufgaben eines Krankenhauses in Bezug auf Qualität der Pflege, Patientenzufriedenheit und Effizienz unterstützt, sollten die Führungskräfte des Krankenhauses daran beteiligt sein, diese Vorteile dem Personal und der lokalen Gemeinschaft zu vermitteln.

Schulung des Personals zu den Funktionen der Medizinroboter

Organisationen des Gesundheitswesens, die medizinische Robotik einführen, sollten sicherstellen, dass die Technologien mit dem Fachwissen des Pflegepersonals in Einklang gebracht werden; für das gesamte Krankenhauspersonal, das mit der neuen Robotik in Berührung kommt, sollten vorbereitende und weiterführende Schulungsprogramme durchgeführt werden. Hier kann es an Schulungsstandards mangeln - daher sollten Organisationen Partner suchen, die Schulungsmodule empfehlen und nach Bedarf entwickeln. Neben Schulungen zum sicheren Betrieb und zur Wartung von Robotern (sofern zutreffend) sollten solche Schulungen auch Verfahren zur Versicherungsdokumentation und Rechnungsstellung umfassen - ergänzt durch leicht zugängliche Handbücher und digitale Auffrischungsmodule für das Krankenhauspersonal.

Daten zur Unterstützung vernetzter Abläufe

Datentransparenz und KI können die Kontrolle über die Geräte optimieren und gleichzeitig einen tiefen Einblick in verschiedene robotergestützte Verfahren geben. Durch die netzwerkübergreifende Verbindung der Geräte können Krankenhäuser Daten analysieren, um die Effektivität von Roboterprogrammen zu bewerten ... was besonders nützlich ist, wenn Krankenhaussysteme ein bestimmtes Robotikprogramm skalieren wollen.

Abbildung 6: Produkte für den Übergang von USB zu seriell und von Netzwerk zu seriell können die Schnittstellen zwischen medizinischer Robotik und Geräten bilden, die ursprünglich nicht für die Vernetzung ausgelegt waren. Datenvernetzungslösungen können auch Umgebungen überwachen, die streng kontrolliert werden müssen - und die mobile Robotik sicher und zuverlässig verbinden. (Bild: Digi)

Daten zur Erfüllung gesetzlicher Anforderungen

Zusammenhängende Datenverwaltungssysteme können sowohl Krankenhausnetzwerken mit mehreren Standorten als auch eigenständigen Krankenhäusern, Kliniken und chirurgischen Zentren dabei helfen, die Einhaltung behördlicher und industrieller Vorschriften effizienter zu überprüfen. An Standorten, an denen Medizinrobotik eingesetzt wird, ist es wahrscheinlicher, dass einheitliche Netze vorhanden sind oder zumindest Standardverfahren zur Verbindung getrennter Systeme. Die Hinzufügung von Roboterausrüstung für kritische Aufgaben profitiert auch davon, dass die meisten Gesundheitseinrichtungen bereits über reaktionsschnelle Strom- und Datensicherungssysteme verfügen.

Abbildung 7: Medizinische Trenntransformatoren unterstützen den störungsfreien Betrieb von Robotern und anderen Geräten durch kontinuierliche Rauschfilterung und 100%ige Isolierung vom Eingangswechselstrom. Dank der UL60601-1-Listung für den medizinischen Bereich und den für Krankenhäuser geeigneten Steckern und Steckdosen sind die Transformatoren für den Schutz elektronischer Geräte in Pflegebereichen geeignet. (Bildquelle: Tripp Lite)

Natürlich erfordert die medizinische Robotik strenge physische Sicherheit und Cybersicherheit. Dies erfordert häufig einen eng begrenzten und überwachten Zugang zu Roboteraktoren, Steuerungen, Netzwerken und Datenspeichern. Die Einhaltung von Industrie-, Lieferanten- und Regierungsvorschriften muss strengstens eingehalten und dokumentiert werden.

Fazit

In den USA hat die medizinische Industrie in den letzten zehn Jahren unvermindert Robotertechnik eingesetzt. Diese Investitionen werden sich wahrscheinlich fortsetzen, da eine alternde Bevölkerung immer stärker auf die Industrie angewiesen ist - auch wenn die Krankenhausbudgets landesweit vor ernsten Herausforderungen stehen. Schließlich bietet die Robotik langfristige Einsparungen bei vielen Routineaufgaben im Gesundheitswesen ... ganz zu schweigen von den fortschrittlichsten Optionen für Operationen und andere Behandlungen, die maximal präzise und minimalinvasiv sind.

Der Einsatz von Robotern erfordert eine klare Zuordnung von Krankenhausbedarf und geeigneten Robotiklösungen, die Erfüllung außergewöhnlich strenger gesetzlicher Anforderungen und die Beschaffung bei medizinischen Anbietern, die in der Lage sind, die Entwicklung langfristig zu unterstützen. Zumindest in den meisten größeren Krankenhäusern erfordern Robotikprogramme auch spezielle Verbindungspersonen mit Automatisierungskenntnissen, um die kontinuierlichen Verbesserungsmaßnahmen zu koordinieren.

Letztlich sollten die Angebote von Medizinrobotern auch unter den Gesichtspunkten der Patientensicherheit und des Patientenkomforts sowie der Effizienz und Wirksamkeit des Verfahrens oder der Behandlung gründlich bewertet werden.