For to og et halvt år siden rensede medarbejdere hos THINK Surgical, en robotkirurgisk udviklingsvirksomhed i Fremont, Californien, en opbevaringsenhed i nærheden af deres hovedkvarter, da de fandt et objekt, der syntes at være en gammel robotarm.
Når man kiggede nærmere på, indså Micah Forstein, en assisterende manager hos virksomheden, at armen var en rest - en prototype af en opfindelse, der forandret kirurgisk erstatningskirurgi for altid.
Det innovative robot-system, der kaldes Robodoc, giver kirurger mulighed for at udføre komplicerede hofte- og knæoperationer med større præcision ved hjælp af CT-scanninger, der er konverteret til tredimensionelle virtuelle billeder til præoperativ planlægning og computerstyret boring. Værktøjet er blevet brugt i mere end 28.000 procedurer over hele verden.
Nu vil den fuldt genoprettede prototype i 1989 for evigt mindes i samlingerne af Smithsonians National Museum of American History.
”Det er vigtigt for os at huske milepæle inden for medicinsk teknologi, ” siger Forstein.
ROBODOC-prototypen på National Museum of American History. (NMAH / SI) Robotten er hjernebarnet til den afdøde veterinær Howard "Hap" A. Paul og ingeniør-drejede ortopædkirurg William Bargar, som begge arbejdede på University of California, Davis, i 1980'erne, da Bargar anerkendte det, han kalder et dilemma i total hoftearthroplastik eller hofteudskiftningskirurgi.
I den æra var implantater knyttet til patientens krop med akrylcement, et impermanent materiale, der til sidst ville nedbryde, og sende patienten tilbage under kniven.
Forskere havde allerede forsøgt at fjerne behovet for den defekte cement ved at bruge porøse implantater, hvor knoglen faktisk kunne vokse. Denne udvikling løste problemet med den forringende cement, men implantaterne var stadig ufuldstændige, fordi de kun blev fremstillet i et par forskellige størrelser; de passede ikke hver patients krop.
"Du ville prøve at sætte dem i, og nogle ville passe for stramt, " siger Bargar, "eller du ville bryde knoglen og lægge den i, eller nogle ville passe for løs og det ville vrikke, så det var svært at få den rigtige størrelse til hver patient. Så jeg havde ideen om at skræddersy disse ting. "
Ved hjælp af en patients CT-scanningsdata sammen med computerassisteret design / computerassisteret fremstilling (CAD / CAM) -teknologi kunne Bargar designe et implantat, der passer til en bestemt persons krop. Han kunne derefter overføre designet til en CAD / CAM-maskine, der ville skære implantatet ud af metal.
I mellemtiden studerede Paul på en anden del af UC Davis-campus fælles udskiftningskirurgi hos hunde som beboer ved School of Veterinary Medicine. Han kunne ikke klare at lægge en hund til fælles problemer, hvis der var alternativer, såsom hofteudskiftninger. De to forskere gik sammen og fortsatte tilpasset implantatundersøgelse hos hunde.
Men selv med de brugerdefinerede implantater var ledudskiftningskirurgi defekt. Mens en maskine lavede de brugerdefinerede implantater, graver kirurger stadig hulrummet i patienternes knogler med hånden, ofte grovt, hvilket udgør hindringer for indsættelse af implantaterne og banede vejen for skadelige konsekvenser, såsom knoglesplintering.
Forskere brugte ROBODOC i 23 hundeoperationer, før de forsøgte at bruge den på et menneske. (NMAH / SI) På en flyvning hjem fra Nice, Frankrig, hvor de havde præsenteret deres forskning på de brugerdefinerede implantater, kom Bargar og Paul med deres næste idé: at bruge en robot til at skære den inverse form af implantatet i patienten for en perfekt pasform.
Men forskningsfelterne inden for robotik og computere var udviklet uafhængigt af hinanden, og at lære en robot at fungere som en CAD / CAM-maskine var et nyt koncept. Efter opkald til mange robotproducenter forlod forskerne i en blindgyde, satte Bargars far, en tidligere IBM-medarbejder, ham i kontakt med en gruppe på IBMs Thomas J. Watson Research Lab. Der havde forskere udviklet et automatiseret maskinsprog, men havde endnu ikke anvendt det i den virkelige verden.
Det var den perfekte match, og i 1986 begyndte forskerne at samarbejde om det første og eneste aktive robotkirurgiske system. På samme måde som CAD / CAM-maskinen, der blev brugt til at fremstille implantaterne, følger roboten kirurgens anvisninger, som den modtager fra en computer ved hjælp af dette IBM-udviklede sprog.
”Du skal have en idé, og du skal være naiv, og det hjælper også at være heldig, ” siger Bargar.
De døbte deres robot, Robodoc, i et nik til den populære 1987-film RoboCop . Omkring 1990, med IBM's støtte, støttede Paul og Bargar virksomheden Integrated Surgical Systems og overbeviste FDA om at give dem mulighed for at foretage en gennemførlighedsundersøgelse af et menneske i november 1992. Mellem Integrated Surgical Systems og IBM er der ti patenter (numre 5769092, 5776136, 5806518, 5824085, 6033415, 6322567, 6430434, 5951475, 6415171 og 6747646) der repræsenterer forskellige komponenter af den samlede opfindelse.
De havde allerede brugt roboten i operationer på 23 hunde, og selvom de havde nogle problemer med at indstille maskinen til den første menneskelige operation, var de vellykkede og beviste maskinens sikkerhed.
FDA tillader dem derefter at gennemføre yderligere ni menneskelige operationer i en multicenterundersøgelse (Paul deltog i seks af testoperationerne, men tragisk døde han af leukæmi dagen før den endelige testoperation i undersøgelsen).
De var i stand til at bevise gennem disse undersøgelser, at roboten hjalp til med mere præcis ledudskiftningskirurgi, men proceduren tog længere tid end en traditionel operation, hvilket resulterede i større blodtab. De var i stand til at finpusse processen med forslag fra en læge i Tyskland, der var begyndt at bruge enheden omkring samme tid som Bargars team begyndte FDA-multicenterundersøgelser (EU havde et andet sæt standarder, der gjorde det muligt at bruge denne enhed i Europa før det blev brugt i USA).
Men for at indarbejde ændringerne krævede FDA, at teamet skulle gennemføre et andet sæt forsøg, og i 2006 var virksomheden ved at være lav på midlerne. De lukkede butikken indtil 2007, da et koreansk firma kaldet Curexo, moderselskabet til THINK Surgical, flyttede ind og leverede midler til at afslutte undersøgelsen.
FDA klarede endelig Robodoc det næste år, og i dag er systemet stadig det eneste aktive robotkirurgiske system (hvilket betyder, at roboten udfører selve proceduren efter kirurgens kommandoer), der blev brugt i USA til ortopædisk kirurgi.
ROBODOC var den første aktive robot, der blev brugt i kirurgi. (NMAH / SI) Judy Chelnick, en tilknyttet kurator i museets afdeling af medicin og videnskab, havde fulgt udviklingen inden for robotkirurgisk teknologi i årevis, da Forstein kontaktede Smithsonian-institutionen efter at have afsløret prototypen. Chelnick vidste, at hun ville indsamle en robot medicinsk udstyr, men havde endnu ikke bestemt sig for, hvilken.
Efter at have set robotten personligt i Fremont og undersøgt Robodocs historie, besluttede hun, at dette var det vigtigste at samle først - fordi det var det første.
”Det er historisk. Jeg ser det som udviklingen i kirurgi. Dette er bare en anden måde at udføre kirurgi på, ”siger Chelnick.
I november 2016 indførte National Museum of American History officielt Robodoc til sine permanente samlinger for videnskab og medicin. Den 72-årige Bargar, der var til stede ved indvielsesceremonien, kalder donationen til Smithsonianen en "capper" til hans karriere. ”Det er en enorm ære. Det er nok den største præstation i mit liv, ”siger han.
