La migliore robotica medica rispecchia l'input degli operatori sanitari

L'interesse popolare per la robotica (e la sua adozione industriale) si è accelerato dopo la pandemia COVID-19 e le carenze di manodopera qualificata che ha portato a galla. Oggi i robot sono particolarmente utili per applicazioni mediche di ogni tipo. I progetti destinati allo scopo assumono la forma di veicoli terrestri autonomi (AGV) di livello professionale, stazioni di prova automatizzate e sistemi di supporto ai pazienti, a complemento della robotica chirurgica più sofisticata negli ospedali e in altri ambienti terapeutici. I progetti robotici nelle applicazioni mediche stanno assumendo anche la forma di apparecchi domiciliari progettati per migliorare la qualità della vita di coloro che desiderano mantenere la mobilità e l'indipendenza attraverso approcci di assistenza domiciliare, per invecchiare bene a casa propria nonostante i problemi medici.

Figura 1: I robot medici assumono varie forme. Alcuni si limitano ad automatizzare attività che potrebbero risultare noiose o che potrebbero aumentare il rischio di errore umano. (Immagine per gentile concessione di Getty Images)

Sebbene esuli dallo scopo di questo articolo, vale la pena notare che alcuni progetti robotici stanno adattando molti dei progressi tecnologici in fatto di sicurezza domestica (compresi i sistemi video) e nel monitoraggio dell'energia HVAC per uso domestico per la robotica di assistenza alla salute che estende l'Internet delle cose (IoT), la domotica e l'interoperabilità dei sistemi. Ad esempio, alcune tecnologie IoT sottostanti vengono ora impiegate per aiutare le persone anziane a rispettare i programmi di assunzione dei medicinali (a volte complicati).

Un altro tipo fiorente di robotica medica - quello degli esoscheletri - oggi rappresenta la convergenza di protesi, ortesi e dispositivi indossabili per aiutare gli anziani a muoversi e il personale dei magazzini e di altri impianti a evitare infortuni e lesioni durante le attività manuali più faticose. Molte delle tecnologie qui presenti derivano da innovazioni inizialmente perseguite per applicazioni militari. Quasi tutte includono connettività IoT e array di sensori per la retroazione.

Figura 2: I resistori di rilevamento della forza a zona singola serie FSR 400 sono robusti dispositivi a film spesso polimerico che mostrano una riduzione della resistenza all'aumentare della forza applicata. La sensibilità è adatta all'uso nelle interfacce uomo-macchina, nei sistemi medici e nella robotica. (Immagine per gentile concessione di Interlink Electronics)

Un mercato dinamico e in crescita

Negli ospedali e in altre strutture mediche, la robotica:

• migliora la ripetibilità di procedure delicate, come negli interventi chirurgici mini-invasivi (MIS) e in altri interventi assistiti da robot;
• esegue compiti banali per periodi più lunghi di quelli accettabili per il personale medico, come nel caso degli AGV che trasportano lenzuola e altra biancheria all'interno di strutture estese;
• assiste in operazioni non sicure per gli assistenti, come i sollevatori dei pazienti e i letti robotizzati per aiutare le persone immobili a spostarsi dal letto alla sedia o viceversa;
• si integra nei sistemi automatizzati che impiegano la tracciabilità dei dati (per saperne di più su questo argomento, guardate il video Come usare RFID per aumentare la sicurezza dei pazienti e proteggere gli utili, in inglese);
• raccoglie e consegna in modo indipendente i farmaci e i campioni di laboratorio (utilizzando i dati protetti dei pazienti).

Questi progressi possono ampliare le capacità di infermieri, medici e personale ospedaliero addetto alle pulizie e alla manutenzione. Inoltre, offrono l'opportunità di pre-programmare attività prevedibili e ripetibili e di sfruttare le informazioni provenienti da vari sistemi ospedalieri, per migliorare continuamente l'assistenza ai pazienti e sostenere gli sforzi della ricerca in campo medico.

Figura 3: I motori c.c. brushless (BLDC) o a commutazione elettronica sono utilizzati in alcuni robot medicali per aiutare a riqualificare e condizionare i movimenti del braccio e della mano nei pazienti con problemi di mobilità. Questo perché tali motori sono particolarmente compatti ed efficienti. (Immagine di Portescap)

La robotica chirurgica continua a guidare l'aumento dell'automazione del settore medicale, assistendo i chirurghi come in passato e sfruttando sempre più i vantaggi dell'intelligenza artificiale e dell'apprendimento automatico. Un rapporto di Fortune Business Insights prevede che il mercato dei robot chirurgici raggiungerà quasi 6,8 miliardi di dollari entro il 2026; non c'è da stupirsi, dato che i sistemi di assistenza computerizzata sono ben collaudati per aiutare i chirurghi a migliorare i risultati dei pazienti con immagini ingrandite e movimenti precisi degli effettori terminali non soggetti a fatica, tremori o distrazioni.

Figura 4: La famiglia ND-series estende la temperatura di funzionamento da -20 a +85 °C, mentre i sensori di pressione sono caratterizzati da un'ampia dinamica che consente di svolgere il lavoro di sei sensori dal design più tradizionale. In particolare, questi componenti includono elettronica integrata, elementi piezoresistivi avanzati, un ADC, un DSP e un'interfaccia digitale per tener traccia di pressioni da 6,35 mm H₂O a 0,34 atm da utilizzare in vari progetti, tra cui apparecchiature per la chirurgia oculare automatizzata e veicoli autonomi. (Immagine di Superior Sensor Technology Inc.)

Altre considerazioni sulla progettazione di robot medicali

Le migliori progettazioni medico-robotiche sono informate da personale ospedaliero esperto e da altri professionisti del settore medicale e assistenziale. Questi input e una conoscenza approfondita dell'anatomia umana possono aiutare i progettisti di robot a realizzare progetti di sufficiente precisione e manovrabilità, sia per il trasporto di merci sia per l'assistenza, la somministrazione di farmaci o la chirurgia. Quando i robot medicali si affidano a sistemi di dati IoT per ottenere informazioni in tempo reale, la loro compatibilità con le reti ospedaliere esistenti è fondamentale.

Figura 5: Componenti come le celle di carico a trazione assicurano che i sollevatori per pazienti funzionino correttamente e nel rispetto delle specifiche progettuali. (Immagine di Loadstar Sensors)

Requisiti dei fornitori di robot medicali

Gli ingegneri di robotica medicale, gli sviluppatori di software e i fornitori devono avere una conoscenza approfondita delle best practice associate al trattamento o alla procedura da motorizzare o automatizzare. È inoltre necessaria una profonda comprensione dei requisiti commerciali sottostanti e degli approcci di monetizzazione per il settore.

Tutti i sistemi associati alla conservazione delle informazioni sui pazienti richiedono una gestione sicura dei dati. Questo vale sia per i dati strutturati (conservati nei database) sia per i dati non strutturati nei sistemi di memorizzazione testuale. Eccellenti capacità di integrazione e analisi della rete sono fondamentali per giustificare gli sforzi aggiuntivi di progettazione della gestione dei dati con un comportamento predittivo e adattivo del sistema.

Considerazioni sui dati dei robot medicali

Prima dell'adozione su larga scala, la robotica medicale deve essere studiata per capire come influisca sulla sicurezza del paziente, sul comfort del trattamento e sui risultati. I risultati delle precedenti implementazioni dovrebbero essere studiati per quantificare i miglioramenti nel recupero dei pazienti e la riduzione dei costi. I programmi di robotica medicale dovrebbero essere valutati anche in base al modo in cui consentono al personale ospedaliero esistente di concentrarsi maggiormente sull'assistenza ai pazienti, sia di persona sia in telemedicina. Quando la robotica si dimostra in grado di supportare le missioni fondamentali dei sistemi ospedalieri in termini di qualità dell'assistenza, soddisfazione dei pazienti ed efficienza, i dirigenti degli ospedali dovrebbero essere coinvolti nella comunicazione di questi vantaggi al personale e alla comunità locale.

Formazione del personale sulle funzioni dei robot medicali

Le aziende ospedaliere che adottano la robotica medicale devono assicurarsi che le tecnologie siano ben allineate con le competenze del personale assistenziale; per tutto il personale ospedaliero che si interfaccerà con la nuova robotica, devono essere implementati programmi di formazione iniziale e continua. Oggi gli standard di formazione possono essere carenti sotto questo aspetto, pertanto si dovrebbero cercare dei partner per raccomandare e creare moduli di formazione in base alle esigenze. Oltre alla formazione sull'utilizzo e sulla manutenzione in sicurezza della robotica (ove applicabile), tali istruzioni dovrebbero includere anche le procedure per la documentazione assicurativa e la fatturazione, integrate da manuali facilmente accessibili e moduli di aggiornamento digitali per il personale ospedaliero.

Dati a supporto delle operazioni connesse

La visibilità dei dati e l'intelligenza artificiale possono ottimizzare il controllo delle apparecchiature, fornendo al contempo una visione approfondita delle varie procedure robotizzate. La connettività delle apparecchiature attraverso le reti può consentire agli ospedali di analizzare i dati per valutare l'efficacia dei programmi robotici, il che è particolarmente utile quando i sistemi ospedalieri mirano a scalare un determinato programma robotico.

Figura 6: I prodotti USB-seriale e rete-seriale possono fornire le interfacce tra la robotica medicale e le apparecchiature non inizialmente progettate per la connettività. Le soluzioni di connettività dati possono anche monitorare ambienti che devono essere strettamente controllati e mantenere la robotica mobile connessa in modo sicuro e affidabile. (Immagine di Digi)

Dati per soddisfare i requisiti normativi

Sistemi coesi di gestione dei dati possono aiutare le reti ospedaliere multi-sito e gli ospedali, le cliniche e i centri chirurgici indipendenti a verificare in modo più efficiente il rispetto delle normative governative e di settore. È più probabile che i siti che utilizzano la robotica medica dispongano di reti unificate o almeno di approcci standard per connettere sistemi separati. L'aggiunta di apparecchiature robotiche per le attività critiche trae vantaggio anche dal fatto che la maggior parte delle strutture sanitarie dispone già di sistemi di alimentazione e di backup dei dati a risposta rapida.

Figura 7: I trasformatori di isolamento per uso medicale supportano il funzionamento della robotica e di altre apparecchiature con un filtraggio continuo del rumore e un isolamento del 100% dall'ingresso in c.a. L'omologazione UL 60601-1 per uso medicale e le prese di tipo ospedaliero rendono i trasformatori adatti a proteggere le apparecchiature elettroniche nelle aree di cura dei pazienti. (Immagine di Tripp Lite)

Naturalmente, la robotica medicale richiede una rigorosa sicurezza fisica e informatica. Ciò spesso impone un accesso strettamente limitato e monitorato agli attuatori robotici, ai controller, alle reti e allo storage dei dati. La conformità alle normative imposte dal settore, dai fornitori e dagli stati deve essere rigorosamente rispettata e documentata.

Conclusione

Negli Stati Uniti, l'adozione della robotica nel settore medico è proseguita senza sosta nell'ultimo decennio. È probabile che questi investimenti continuino, dato che l'invecchiamento della popolazione si affida sempre di più al campo medico, anche se i bilanci degli ospedali a livello nazionale sono in grave difficoltà. Dopotutto, la robotica può offrire risparmi operativi a lungo termine per molte funzioni sanitarie di routine, per non parlare delle opzioni più avanzate per interventi chirurgici e altri trattamenti di massima precisione e minimamente invasivi.

Le avvertenze sono che l'adozione della robotica richiede una chiara mappatura delle esigenze ospedaliere e delle soluzioni robotiche adatte, il soddisfacimento di requisiti normativi eccezionalmente rigorosi e l'approvvigionamento da fornitori di prodotti medicali in grado di fornire un supporto progettuale a lungo termine. Almeno per la maggior parte dei sistemi ospedalieri più grandi, i programmi di robotica richiedono anche competenze in materia di automazione per coordinare gli sforzi di miglioramento continuo.

In definitiva, le offerte di robot medici dovrebbero essere valutate attentamente anche in base alla sicurezza e al comfort del paziente, oltre che all'efficienza e all'efficacia della procedura o del trattamento.