Robotyka chirurgiczna umieszcza znane problemy techniczne w zupełnie nowym kontekście

Pana praca doktorska pt. A Robotic System for Cervical Spine Burgery spotkała się z uznaniem jury IV konkursu Młodzi Innowacyjni 2012. Skąd zainteresowanie tą tematyką?

Po obronie magisterium na Politechnice Warszawskiej uczestniczyłem w otwartym konkursie i dostałem się na roczne studia podyplomowe „International Master on Robotics” we Włoszech. Podczas półrocznych praktyk w ramach tych studiów pracowałem w Niemieckim Instytucie Badań Kosmicznych DLR w Monachium przy realizacji projektu KineMedic. Celem tego projektu było opracowanie systemu zrobotyzowanego do zastosowań w różnych aplikacjach medycznych i wówczas po raz pierwszy miałem styczność z robotyką chirurgiczną.

Robotyka chirurgiczna interesuje mnie ze względów technicznych, ponieważ umieszcza znane problemy techniczne (np. współpracę człowieka z robotem) w zupełnie nowym kontekście. Ludzie zajmują się medycyną od kilku tysięcy lat, a mimo to nasza wiedza medyczna cały czas jest bardzo skromna ze względu na wysoki poziom skomplikowania ludzkiego organizmu. Wprowadzenie robota do sali operacyjnej daje chirurgom nowe możliwości, które mogą znacząco wpłynąć na rozwój tej dziedziny. Moim zdaniem, robot może istotnie przyczynić się do podniesienia bezpieczeństwa i w konsekwencji poprawić jakości życia pacjentów oraz zmniejszyć koszty opieki medycznej. To jedna z ważniejszych przyczyn mojego zainteresowania tym tematem.

Czym wyróżnia się zaproponowane przez Pana rozwiązanie?

Przede wszystkim jest to rozwiązanie kompletne, zawierające wszystkie elementy potrzebne do przeprowadzenia operacji, co było celem mojej pracy. Wcześniej istniały komponenty zawierające oddzielne rozwiązania niektórych problemów, z którymi i ja się spotkałem, jednak dopiero podejście całościowe pozwoliło na odpowiednie przetestowanie i opracowanie najwłaściwszych rozwiązań. Dopiero po zakończeniu wszystkich prac kompletny system został przetestowany przez neurochirurga w serii eksperymentów na denatach.

Moje rozwiązanie realizuje inne założenia niż liczne systemy zrobotyzowane, przeznaczone do operacji chirurgicznych. Podstawą jest robot o kinematyce równoległej, o niewielkich wymiarach, pozycjonowany wstępnie przez strukturę pasywną. Dzięki temu całość ma budowę zwartą i dobrze współpracuje z innym sprzętem wykorzystywanym przy stole operacyjnym.

W trakcie operacji chirurgicznej operowane kręgi poruszają się pod wpływem wywieranych na nie sił. W opracowanym przeze mnie systemie te przemieszczenia są mierzone i kompensowane przez odpowiednie ruchy robota. W przypadku operacji kręgosłupa jedną z głównych wad metod tradycyjnych jest ich niewielka dokładność, co niestety przekłada się na wysoką liczbę błędów lekarskich. Dzięki odpowiedniemu opracowaniu wszystkich elementów systemu udało się zmniejszyć margines błędu do poniżej 0,5 mm, co jest wartością niemożliwą do uzyskania innymi, stosowanymi wcześniej metodami.

Gdzie realizował Pan swoje badania?

Rozprawę doktorską przygotowałem w trybie eksternistycznym pod kierunkiem prof. Mariusza Olszewskiego w Instytucie Automatyki i Robotyki na Wydziale Mechatroniki Politechniki Warszawskiej. Badania były realizowane w Szwajcarskim Instytucie Technologii EPFL w grupie VRAI (Virtual Reality and Active Interfaces), kierowanej przez dr. Charlesa Baura. Grupa ta jest jednocześnie częścią Laboratorium Systemów Zrobotyzowanych LSRO2, której szefem jest prof. Reymond Clavel, wynalazca znanego robota „Delta” o kinematyce równoległej.

Grupa VRAI zajmuje się robotyką medyczną i w ramach współpracy między instytutami badawczymi, szpitalami i partnerami przemysłowymi w Szwajcarii kierowała projektem federalnym na opracowanie systemu do operacji kręgosłupa. Poznałem dr. Charlesa Baura podczas jednej z konferencji, wkrótce zaproponował mi on pracę we VRAI.

Może Pan porównać warunki pracy (badań laboratoryjnych, konstrukcji prototypów) w Polsce z zagranicznymi ośrodkami?

Wyjechałem z Polski zaraz po studiach magisterskich, w związku z czym długo nie miałem styczności z realiami krajowymi realizacji badań. Uogólniając moje obserwacje mogę stwierdzić, że tam gdzie pracowałem (Niemcy, Szwajcaria, USA), nawet jeżeli instytucja naukowa poza badaniami zajmowała się edukacją, wykładowcy i doktoranci mieli wystarczającą ilość czasu na prowadzenie własnych badań. W tamtych ośrodkach dużą wagę przykłada się do współpracy i wsparcia ze strony przemysłu. W wielu projektach uczestniczą partnerzy przemysłowi, co przyczynia się do podniesienia innowacyjności, sprzyja transferowi wiedzy i pomaga przedsiębiorcom, którzy nie mogliby sobie pozwolić na prowadzenie własnych badań w firmie. W przypadku Szwajcarii otrzymanie dofinansowania od władz federalnych na projekty prowadzone przez konsorcja złożone z przedsiębiorstw oraz instytutów naukowych nie jest trudne, a obciążenia biurokratyczne są niewielkie. W dziedzinach inżynieryjnych bardzo promuje się przedsiębiorczość (specjalistyczne kursy i dotacje dla firm) i praktyczne zastosowanie opracowanych rozwiązań.

Co dalej? Jaką ścieżkę kariery zakreślił Pan na najbliższe lata?

Jestem w trakcie zakładania firmy (KB Medical, http://kbmedical.com), która zajmie się komercjalizacją opracowanego przeze mnie systemu. W tego typu projektach, ze względu na wymagania certyfikacji urządzeń medycznych, jest to zadanie na kilka lat. Nowe doświadczenia, jakie zdobywam, zajmując się przedsiębiorczością, są dla mnie pasjonującą przygodą, jednak jest to zupełnie inna sfera działań, różniąca się znacznie od prac badawczo-rozwojowych.

Obserwujemy liczne innowacyjne rozwiązania w medycynie - teleoperacje, zdalna diagnostyka. W jakim kierunku zmierzamy, co nas zaskoczy?

Moim zdaniem nie należy oczekiwać rewolucji – nowe technologie oferują nowe możliwości, jednak medycyna liczy sobie kilka tysięcy lat i do dziś nowe rozwiązania często wypierają starsze tylko częściowo. Jednocześnie środowisko medyczne jest specyficzne i charakteryzuje się znacznym konserwatyzmem, dlatego wszelkie nowinki techniczne muszą pokonać opór tego środowiska, udowadniając swoją użyteczność. Myślę, że zniknięcie chirurga znad stołu operacyjnego nie jest ani realne, ani optymalne, natomiast należy opracowywać urządzenia, które ułatwiają właściwą diagnostykę lub rozszerzają możliwości chirurga. Wydaje mi się, że jest to ogromne pole zastosowań robotyki, które cały czas czeka na wiele odkryć.

Jak osiągnąć sukces? Co może Pan poradzić studentom? Oni też mają marzenia...

Sukces przez każdego jest rozumiany inaczej. Sytuacja w nauce i na rynku pracy zmienia się dynamicznie, dlatego moim zdaniem nie należy zbytnio ufać trendom. Radzę wybierać to, co nas w danej chwili najbardziej interesuje i przede wszystkim dobrze się uczyć. Z moich doświadczeń wynika, że z wiedzą otrzymaną na wiodących polskich uczelniach technicznych (takich jak Politechnika Warszawska) można śmiało konkurować z absolwentami uczelni zagranicznych.

Dziękuję za rozmowę.

Rozmawiała Małgorzata Kaliczyńska.

Fot. Szymon Kostrzewski

 

Szymon Kostrzewski, absolwent Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej oraz Università degli Studi di Genova, Departament of Mechanics and Machines Design (Włochy). Badania w obszarze robotyki medycznej (zastosowania robotów w chirurgii) prowadził w licznych ośrodkach naukowych polskich i zagranicznych (w kolejności chronologicznej): German Aerospace Center (Institute of Robotics and Mechatronics), Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, Stanford University (Artifical Intelligence Laboratory), Swiss Federal Institute of Technology. Obecnie tworzy firmę, której celem jest komercjalizacja opracowanego zrobotyzowanego systemu do operacji kręgosłupa. Rozprawę doktorską sfinalizował w listopadzie 2011 r. w Instytucie Automatyki i Robotyki Politechniki Warszawskiej. Jego praca została zauważona i nagrodzona w organizowanym przez Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP IV Ogólnopolskim Konkursie Prac Dyplomowych „Młodzi Innowacyjni 2012”.

source: PAR