Vooraf “Robotisering en automatisering binnen zorgondersteunende processen” Prof. Pascal Verdonck AZ Maria Middelares 16 maart 2012
1. Uitdagingen door technologie
Globalisering • “Proces van wereldwijde economische, politieke en culturele integratie” • Door vooruitgang in vervoer en telecommunicatiemiddelen werd een wereldwijde arbeidsdeling en -markt mogelijk gemaakt!
• Globalisering • Bevolking • Klimaat en energie
Bevolkingsevolutie
Bevolkingsevolutie 100%
90
90% 80%
Life expectancy (years)
80
70% 70 60 50
Lessdeveloped regions - least developed countries (Male)
60%
Population aged 65+
More developed regions (Male)
50%
Population aged 15-64
Lessdeveloped regions - least developed countries (Female)
40%
Population aged 0-14
More developed regions (Female)
30% 20%
40
10% 0%
30 1950
1975
2000
2025
2050
°World Business Council 2010
1950
2000
2050
°World Business Council 2010
Klimaat en energie Prognose van emissiestijging met 52% tot 2050, resulterend in een globale opwarming van 1.7-2.4°C, leidend tot meer droogte, stormen, overstromingen met belangrijke beschadiging van infrastructuur tot gevolg!
°World Business Council 2010
Snelheid van verandering
’20 ‘10
Duurzame ontwikkeling Cleantech
‘00
Innovatie
‘90
Globaliseren
‘80
ICT
‘70
Kwaliteit
‘60
Massaproductie
2. Technologie betekent “vooruitgang”
Technologische innovatiegolven
2045 het singulariteitspunt?
Singulariteitspunt
Singulariteitspunt
200 180 160 GDP per capita 140
Economic well-being Happiness
120 100 80 1980
1985
1990
1995
2000
2005
°World Business Council 2010
3. Informatie- en communicatie technologie
Informatie en communicatietechnologie Slimmer • Artificiële intelligentie (zoekmachine Google) • Spraak- en gezichtsherkenning
°Samsung TV ES8000 °2012
°Consumer Electronics Show 2012
Informatie en communicatietechnologie 1997,Deep Blue won schaakpartij van Kasparov
2011, Watson °IBM “Een computer is intelligent als hij een mens kan laten geloven dat hij een mens is”
Informatie en communicatietechnologie
Informatie en communicatietechnologie
4. Nanotechnologie
Veiliger • Toenemend aantal hackers en cybercriminelen • “Perimeterverdediging" is onvoldoende ! • Betere en veiliger systemen om hardware, software en gegevens van de computersystemen van de gebruiker te authenticeren en identiteiten te controleren. • Biometrische technologieën (zoals vingerafdruklezers)
Nanotechnologie
Electronica Physica Informatica
Materiaalwetenschappen Mechanica Robotica
NANO TECHNOLOGIE
Sociaal Ethisch Juridisch
Chemie Biotechnologie Genetica
Nano: dimensies kleiner dan 100nm
• ISO TC 229 Nanotechnologies, juni 2009 • Het begrijpen en beheersen van materialen en processen op nanoschaal (dimensies <100nm) (die verschillen van de eigenschappen van atomen, moleculen en materialen op macroschaal) waarbij grootteafhankelijke fenomenen nieuwe toepassingen mogelijk maken
Nanotechnologie Nano-robots Bv. moleculaire robots die organen repareren of cellen afspeuren naar ziektekiemen
Nano-machines Nanomachines zijn vanwege hun superkleine schaal veel preciezer en sneller dan andere technieken Mark Sims 2005
5. Biomimetica en synthethische biologie
Biomimetica
Synthetische biologie • Van genoom over cel tot weefsel, orgaan en organisme • Elektronica
• Robotontwerpers lenen vaak ideeën van moeder natuur: kunstmatige spierbundels van electro-aktieve polymeren
– Parts (transistoren, dioden, condensatoren en schakelaars) over circuits en modules (devices) tot computer (chassis) en netwerken (system)
• Synthetische biologie
• De robo-vlieg is zuiniger en wendbaarder dan een miniatuurvliegtuig of helicopter. (vleugelspanwijdte 3cm) (°Harvard 2007) Moeilijkheid: lange stroomvoorziening!
– Eiwitten en genen (parts) , biochemische pathways (device) over cellen (chassis) en celculturen tot weefsels assembleren (system)
Synthetische biologie
Synthetische biologie • Symbiose van moleculaire biologie, chemische synthese, ingenieurswetenschappen en nanotechnologie • Doel is het ontwerp van nieuwe biologische systemen die in de natuur niet voorkomen:bv. – Synthese van virussen – Een kunstmatige bacterie
E. Weiss 2007
Synthetische biologie • Toepassingen – Biofarmaca – Biobrandstoffencelfabrieken voor het produceren van medicijnen (onder andere antibiotica) en belangrijke biologische eiwitten – Systemen voor gecontroleerde medicijnafgifte en nieuwe diagnostiek – Op biologische componenten gebaseerde materialen waaronder biosensoren en biochips.
• Hierbij maken synthetisch biologen veel gebruik van genetische modificatie: men bouwt en ontwerpt zelf het DNA dat men wil gebruiken. Er bestaan al internetbedrijven die DNA in een gewenste volgorde kunnen maken en opsturen. • Vooruitgang in technologieën op nanoschaal manipulatie van materialen op atoom- en molecuulniveau - dragen bij aan vooruitgang binnen de synthetische biologie
Betere medicijnen fabriceren • Op maat door medicatie op het geschikte ogenblik op de juiste plaats te brengen
Micro & nano robots •
•
•
Betere hulpmiddelen fabriceren
Nanorobot wordt ingespoten in de bloedbaan voor het afleveren van een medicijn rechtstreeks naar een geïnfecteerde cel. De nanorobot heeft een koolstof nanobuis lichaam, een biomoleculaire motor . Het is samengesteld uit biologische elementen zoals DNA en eiwitten, zodat het gemakkelijk wordt verwijderd uit het lichaam.
Mems Wims
Stanford, 2010
6. En de mens schiep de robot! • “Robotics being the next major trend in innovation” Bill Gates °2007
Mechatronica • Mechatronica is een technische discipline die bestaat uit een combinatie ingenieursdisciplines: – elektrotechniek – werktuigkunde – meet-en regeltechniek.
• Mechatronica is een synergistische aanpak bij het integraal en optimaal ontwerpen van een mechanisch systeem en het bijbehorende regelsysteem. Dit regelsysteem kan elektronisch zijn uitgevoerd, maar vaak zal het bestaan uit een zogenaamde embedded computer. • Voorbeelden: dvd, abs, robot
Wat is een robot? • Een robot is een programmeerbare machine, die meerdere verschillende taken uit kan voeren. Hierin verschilt het van een numerieke machine, die is geprogrammeerd voor één taak. • Het woord robot werd voor het eerst gebruikt door de Tsjechische schrijver Karel Capek in een toneelstuk “Rossum's Universele Robots” , is afgeleid van het woord robota, dat 'werk' of 'verplichte arbeid' betekent. (°1920)
Industriële robots • Industriële robots zijn vaak de simpelste robots • Slechts één taak • Vijf onderdelen: 1. sensoren 2. regelaars 3. actuatoren 4. processoren 5. armen
Ruimtevaart • De sondes die naar planeten worden gestuurd (vb. Spirit) zijn geavanceerde robots die zelfstandig allerlei waarnemingen kunnen uitvoeren • Ook de satellieten in de dampkring zijn robots waarvan sommigen rechtstreeks vanaf de aarde bestuurd worden.
Humanoïde robots
Huishouden • Langzaamaan zijn er steeds meer gespecialiseerde robots om geestdodende taken in het huishouden over te nemen zoals stofzuigen en grasmaaien !
Humanoïde robots
• Humanoïde robots • Robots hebben een lichaam dat lijkt op dat van een mens (al dan niet gemaakt uit metaal), en een vergaande vorm van kunstmatige intelligentie als beslissingsmodel. • RoBoCOP • Terminator
Humanoïde robots
Humanoïde robots • Toenemende eis aan kunstmatige intelligentie! • Het menselijk brein is moeilijk na te bouwen ihb emoties • Grote uitdaging: taalbegrip en spraak zijn onontbeerlijk voor een intelligente robot !
Wetten van de robot (°Asimov) • •
• •
6. Robotica & gezondheidszorg
Eerste Wet: Een robot mag een mens geen letsel toebrengen of door niet te handelen toestaan dat een mens letsel oploopt. Tweede Wet: Een robot moet de bevelen uitvoeren die hem door mensen gegeven worden, behalve als die opdrachten in strijd zijn met de Eerste Wet. Derde Wet: Een robot moet zijn eigen bestaan beschermen, voor zover die bescherming niet in strijd is met de Eerste of Tweede Wet. Nulde Wet: Een robot mag geen schade toebrengen aan de mensheid, of toelaten dat de mensheid schade toegebracht wordt door zijn nalatigheid.
“Robotica in de geneeskunde en gezondheidszorg is een innovatief vakgebied van systemen die gecoördineerde mechatronische acties uitvoeren op basis van informatie vergaard door sensortechnologie met als doel bij te dragen tot een kwalitatieve zorg voor een individu en de samenleving.”
Invloedsfactoren
Toegevoegde waarde
• Demografisch (bevolking, landelijk,…) • Economisch (arbeidsintensief) • Ethisch denken (technologische aanvaarding,…) • Technologische innovaties • Duurzaamheid (energie, afval, …) • Politiek (regelgeving)
• Reductie in arbeidskost • Verhoging van de zelfredzaamheid van de patiënt • Verbetering van de zorgkwaliteit en veiligheid • Bijdrage tot een efficiëntere zorg • Bijdrage tot preventieve geneeskunde • Bijdrage tot gepersonaliseerde geneeskunde
Actuele situatie
Toepassingsdomeinen
• Weerstanden: – “empathetic touch” – “clinical intuition”
• Niettemin: – “Boom” is niet tegen te houden – Ook als “zorgondersteuning “
1. 2. 3. 4. 5.
Medische diagnose en interventie Logistieke zorgondersteuning Assistieve technologie Revalidatie Opleiding en training
1. Medische diagnose en interventies • • • • •
Urologie - Gynaecologie
Robot geassisteerde chirurgie Robots voor minimale invasieve chirurgie Diagnostische hulpmiddelen Nanorobots Telegeneeskunde
Cardiologie
Chirurgische robots
Dombre °2007
Onderzoek: krachten feedback
TU Eindhoven, 2010
Radiochirurgie
Cyberknife • Niet-invasieve alternatief voor oncologische chirurgie • De Cyberknife is een robot. • robotarm met een versnellerbuis waarin de hoge dosis straling wordt opgewekt • Manoeuvreerbaar in allerlei posities. • maakt gebruik van ‘pencil beam', een hele smalle stralingsbundel
Diagnose
• Bewegingsanalyse – CAREN (Computer Assisted rehabilitatie ) is een krachtenplatform met virtuele omgeving, hardware- en software systeem voor registratie, evaluatie en opleiding van functionele menselijk gedrag gebaseerd op bewegingsanalyse
• Intelligente fitness systemen
Diagnose •
•
•
Nanorobots
Smart Videocapsule (11 bij 27 mm) om dunnedarmafwijkingen in beeld te brengen, met een camera die 2 beelden per seconde maakt. De capsule wordt ingeslikt en door de peristaltiek voortbewogen. De patiënt krijgt sensoren op de buik geplakt die de gemaakte beelden ontvangen en doorsturen naar een datarecorder. Deze wordt samen met een batterij in een band om de taille gedragen. De gemaakte beelden kunnen na computerbewerking als een videofilm bekeken worden.
Telemonitoring
Telemonitoring THE DOCTOR IS IN: InTouch Technologies' RP-7 is designed to provide physicians with mobility even when they must perform from a remote location. Many videoconferencing systems used to remotely connect physicians with their patients are tethered to a single room
Robotisatie en zorg OMNIPRESENT: A doctor working remotely can autonomously drive the robot to operating rooms, intensive care units and patients' bedsides so he or she can monitor those patients as well as instruct nurses and residents...
Robotisatie en zorg COMIN' THROUGH!: Doctors are looking for a mobile telemedicine system that allows them to attend to patients from the moment they arrive at the trauma center.
Robotisatie en zorg MISSION CONTROL: doctors hope to be able to control the RP7's cameras, movement and audio remotely via laptop or PC and, eventually, through their cell phones.
Robotisatie en zorg MAKING THE ROUNDS: The RP-7 enables a doctor working remotely to accompany hospital staff as they make their rounds.
Robotisatie en zorg STRONG BEDSIDE MANNER: Researchers envision the RP-7 being driven autonomously to a patient's bedside by a doctor or specialist who is miles away but can connect wirelessly to the robot.
Besluit robotisatie en zorg • Meestal nog robot geassisteerd • Nodige randvoorwaarden – Informatietechnologie: hardware en software • Performant datanetwerk • Elektronisch patïentendossier – arts EN verpleegkundige
2. Logistieke zorgondersteuning
Als logistieke ondersteuning bij het zorgproces • Voorbeelden: TUG, RoboCart, HelpMate
Als logistieke ondersteuning bij het zorgproces • Voorbeelden: TUG, RoboCart, HelpMate
Als overnemer - ondersteuning van activiteiten • Wasrobot cody
Als ondersteuning bij patiëntenmobiliteit •
Als ondersteuning bij patiëntenmobiliteit: tilliften: –
RIBA "Robot for Interactive Body Assistance“
Als overnemer - ondersteuning van activiteiten • Haarwasrobot
Als ondersteuning van opvolging ziekenhuishygiëne
Ondersteuning en overname van voeding • Van bereiding
• Tot logistiek
• Tot eten geven (vloeibaar)
Iward.eu
Robotica en logistiek Levering Schoonmaak Begeleiding °EU 2009
Besluit robotica en logistiek • Eerst concept/proces! Dan pas ontwerp ziekenhuis – Orbis (NL), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf – Gebruik van AGV's (Automated Guided Vehicles) • Verschillende technieken mogelijk: laser, WLAN, elektromagnetisch, … • Linnen, inkomende goederen, medicatie, afval, … – Afhankelijk van grootte en layout ziekenhuis • Logistieke laag (ruimte voor opladen AGV’s, bredere gangen, laad/loskade, wastunnel, …) • Per afdeling/verdieping lokalen specifiek toegekend voor logistiek • Liften specifiek toegekend voor logistiek • Specifieke uniforme containers (niet de huidige) – Voordelen: hygiëne, tijd, tracking, …
Als ondersteuning van het medicatieproces
Als ondersteuning van het medicatieproces op afdelingen • Pyxis, omnicell, vanas
Robotica & ziekenhuisapotheek automatisch magazijn
Robotica & ziekenhuisapotheek individuele geneesmiddelen distributie
Robotica & ziekenhuisapotheek compounding
• Health robotics IV station, IntelFill, TPN station, cytocare,… – Verschillende robots zijn in staat correcte bereidingen te maken op afdelingen onder correcte omstandigheden met de correcte labeling! – Nadeel: specificteit:
• beperkingen van de robots voor bepaalde flacons of ampullen • beperkte lading van de robot.
Robotica & ziekenhuisapotheek
• Via kleine robots kunnen goederen van de logistieke laag zelfstandig geleverd en opgehaald worden op de afdelingen
AGV (Egemin)
– Nadeel is kruising met patiënten- en bezoekersstromen – Voordeel is de continue mogelijkheid van levering (24/24uur)
Robotica & ziekenhuisapotheek
• Verscheidene mogelijkheden zoals Swisslog, Synteco (Belintra) bieden de mogelijkheid om het distributieproces (deels) te robotiseren • Koppeling met automatische buizenpost is mogelijk • Indien aangestuurd door een electronisch voorschrift is er geen tussenkomst nodig voor de aflevering op dienst tenzij voor de aanvulling van de robot! • Dus validatie voorschrift - robot buis - afdeling
°(Swisslog)
Besluit Robotica & ziekenhuisapotheek – Unit dose • Correcte barcode • Traceerbaarheid
– Randvoorwaarde: ziekenhuisbreed elektronisch medicatievoorschrift – Quid wetgeving: KB in review (PICS, traceerbaarheid) – Eerst visie op proces, niet de “tools “”eerst installeren en dan proces aanpassen
Assistieve technologie
3. Assistieve technologie – Gerobotiseerde manipulaties bv hulp bij eten – Robot geassisteerde mobiliteit – Intelligente prosthesen
Intelligente prosthesen
– Gerobotiseerde manipulaties – Robot geassisteerde mobiliteit bv I-Bot rolstoel – Intelligente prosthesen
Assistieve technologie – Gerobotiseerde manipulaties – Robot geassisteerde mobiliteit – Intelligente prosthesen bv: Otto Bock C leg
5. Revalidatie • Fysische training • Hersteltherapie voor neurologische stoornissen • Mentale, cognetieve en sociale therapie
Puma 560 robot, Palo Alto Stanford
Revalidatie
Revalidatie • Fysische training • Hersteltherapie voor neurologische stoornissen • Mentale, cognetieve en sociale therapie
Revalidatie •
Hocoma is actief in herstel therapie voor neurologische bewegingsstoornissen. – intensieve motoriek therapie (Lokomat ®) – functionele therapie van de bovenste extremiteiten (Armeo ®) – vroege rehabilitatie en patiënt mobilisatie (Erigo ®) – functionele bewegingstherapie binnen lage rugpijn behandeling (Valedo ®)
•
Paro is een therapeutische robot bedoeld om een kalmerend effect te hebben en emotionele reacties te ontlokken aan patiënten. De robot heeft tactiele sensoren en reageert op aanrakingen door het bewegen van de staart en het openen en sluiten van de ogen. Tevens reageert het op geluiden en kan het stemmen herkennen. Het kan emoties tonen zoals verbazing, blijdschap en boosheid. Gezelschap voor dementerenden en zieke kinderen
Revalidatie •
• • •
Revalidatie • Fysische training • Hersteltherapie voor neurologische stoornissen • Mentale, cognetieve en sociale therapie
6. Opleiding reanimatie
Opleiding tandheelkunde
8. Besluiten
• Robotisatie komt er aan!
• Plan van aanpak: proces doordenken voor aankoop tool! • Robotisatieprocessen zijn enkel haalbaar met excellent onderbouwde, ondersteunde en door gehele organisatie toegepaste/erkende informatietechnologie – hardware (datanetwerk) – software (ERP, databanken, koppelingen tussen verschillende softwarepakketten) Simroid robot °Nippon Medical
9. Referenties • “Robotics for healthcare”, TNO report 2008“Ienet”, Roadmap Vlaanderen, www. ie-net.be • World business council for sustainable development: “Vision 2050”;2010 • National Academy of Engineering: “Grand challenges for engineering”; 2011 • United Nations Development Programme 2010 • “Biosystemen”, cursus UGent, P. Verdonck, 2011 • Dank aan de directieleden AZ Maria Middelares
• Cave: technologie, dispatch, beheer (onderhoud, programmatie, …) kwalificaties personeel ! • “Geïntegreerd denken”!
