home

nauka-art-przyciski-pracownie.png nauka-art-przyciski-pracownia-sztucznego-serca.png nauka-art-przyciski-pracownia-biocybernetyki.png nauka-art-przyciski-pracownia-bioinzynierii.png nauka-art-przyciski-programy.png nauka-art-przyciski-program-robinheart.png nauka-art-przyciski-program-sztuczne-serce.png nauka-art-przyciski-program-zastawka.png

baner_srodek_pracownia_biocybernetyki.jpg

Pracownia Biocybernetyki

jest miejscem wstępnej weryfikacji wytworzonych produktów oraz badań sondażowych penetrujących nowe kierunku rozwoju bioinżynierii i kardiochirurgii. Przeprowadza się w niej badania podstawowe nad sztucznym sercem, testy laboratoryjnie protez zastawek serca, dokonuje pierwszych prób modeli oraz kolejnych ich modyfikacji. Pracownia posiada unikatową aparaturę badawczą, w dużej mierze własnej konstrukcji, pozwalającą śledzić procesy przepływu krwi, analizować dynamikę pracy protez oraz nieustannie je doskonalić. Zespół Pracowni Biocybernetyki wciąż rozwija swój warsztat badawczy i wprowadza nowe projekty. Rezultatem tej pracy są stanowiska badawcze wizualizacji laserowej i pomiarów anemometrycznych przepływu cieczy, modele fizyczne układu krążenia, pełny system testerów zastawek serca, stanowisko badań własności biomechanicznych tkanek, sterowniki pneumatyczne i elektromechaniczne testerów, prosty napęd pneumatyczny sztucznego serca. Wszystkie stanowiska badawcze są nadzorowane przez komputery - opracowano własne programy systemu sterowania oraz automatycznego monitorowania, archiwizacji i opracowywania danych. Równolegle z badaniami modeli fizycznych wykonywane są symulacje komputerowe przepływu oraz symulacje matematyczne modeli, a także badania in vitro hemolizy i krzepnięcia krwi, co ma szczególne znaczenie w procesie projektowania nowych pomp krwi.

pracownia_11_150px.jpgpracownia_12_150px.jpgpracownia_13_150px.jpgpracownia_14_150px.jpg

Do symulacji komputerowej przepływu krwi wykorzystywane jest profesjonalne oprogramowanie firmy FLUENT.Inc .oraz ANSYS.Inc. oparte na metodzie elementów skończonych (Finite-Element Methods FEM). Przeprowadzone modelowanie komputerowe jest oparte o dane fizyczne tkanek i materiałów wykonywane w laboratorium. Symulacje komputerowe operacji chirurgicznej są jednym z elementów programu planowania operacji, który uzupełnia wirtualna sala operacyjna oraz opracowywane symulatory i stanowiska treningowe dla chirurgów. Od 2000 r. rozwijane są tu prace nad rodzina robotów chirurgicznych o nazwie Robin Heart. Opracowywane jest inteligentna baza doradcza, która umożliwi chirurgowi w trakcie operacji otrzymanie informacji diagnostycznych, planowania i symulacji operacji.
Podsumowując działania Pracowni Biocybernetyki są prowadzone w ramach przyjętej przez FRK Strategii Rozwoju realizując jako podstawowy program :”Roboty i Innowacyjne Narzędzia Chirurgii”, który podzielono na projekty:
TEST – konstrukcja urządzeń i opracowanie metod testowania sztucznych narządów i biomateriałów
EXPERT – innowacyjne metody wspomagania chirurgii
ROBOT – robotyka medyczna i półautomatyczne narzędzia chirurgiczne

Nowatorskim i unikatowym w Polsce kierunkiem jest uruchomiony w Pracowni program symulacji procedur chirurgicznych w zakresie szeroko rozumianej chirurgii serca i naczyń. Program ten zakłada kreowanie różnych wariantów operacji przy pomocy komputerów oraz testów modeli fizycznych i matematycznych, co stanowi nieocenioną pomoc dla lekarzy praktyków i umożliwia wybór najbardziej optymalnej formy zabiegu. Procedura symulacji może znaleźć zastosowanie zwłaszcza przy operacjach wrodzonych wad serca u dzieci. Może być wykorzystywana zarówno w postaci ogólnej, jak i w odniesieniu do konkretnego pacjenta. Doświadczenia związane z symulacją procedur chirurgicznych posłużą do opracowania systemu doradczego, który - jako interaktywny bank danych - dostępny będzie w Internecie oraz użyteczny podczas tworzenia multimedialnego podręcznika kardiochirurgii, który jest kolejnym zamierzeniem FRK. W ramach programu symulacji procedur kardiochirurgicznych wykonywane są obecnie badania modelowe m.in. operacji Blalocka - Tausinga, operacji Fontany, operacji Batisty oraz operacji pomostowania naczyń wieńcowych (by-pass), jak również tworzony jest bank danych dotyczący wrodzonych wad serca.

pracownia_21.jpg pracownia_22.jpg pracownia_23.jpg

Zaburzenia przepływu wywołane pomostem naczyniowym wywołują dodatkowe naprężenia, zawirowania i turbulencje przepływu zwiększając tym samym prawdopodobieństwo niszczenia elementów krwi (hemolizę), uszkodzenia śródbłonka naczyń krwionośnych oraz powstawanie skrzepów. Wszystkie te problemy ściśle zależą od dynamicznej charakterystyki przepływu krwi przez protezy i naczynia krwionośne. Takie zabiegi kardiochirurgiczne jak pomostowanie naczyń wieńcowych czy palliatywne procedury kardiochirurgiczne w istotny sposób zmieniają dynamikę przepływu krwi w układzie krążenia, i ostatecznie wpływają na stan całego organizmu. Jak zmieni się stan pacjenta po wykonaniu dowolnego zabiegu kardiochirurgicznego? Częściowej odpowiedzi na to pytanie można uzyskać stosując zawansowane techniki modelowania in vitro układu krążenia krwi.

W ramach tego programu badawczego Pracownia współpracuje z wieloma ośrodkami naukowymi w kraju, min. z Instytutem Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN w Warszawie, Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego, Śląską Akademią Medyczną w Katowicach, Instytutem Kardiologii II Kliniki Kardiochirurgii w Warszawie. Wyniki prac naukowych prezentowane są na wielu krajowych oraz międzynarodowych konferencjach i publikowane w wielu czasopismach.
Opracowana metoda modelowania układu krążenia krwi oraz nabyte doświadczenie w modelowaniu zespoleń systemowo-płucnych pozwoliło na rozszerzenie zakresu badań o nowe procedury medyczne. Obecnie wspólnie z kardiochirurgami ze Śląskiego Centrum Chorób Serca w Zabrzu prowadzone są badania związane z optymalizacją chirurgicznej rekonstrukcji lewej komory, metodą Menicantiego, u chorych z pozawałową niewydolnością serca.
Zastoinowa niewydolność krążenia (Congestive Heart Failure-CHF) pomimo dużego postępu w leczeniu zawału serca jest nadal jedną z głównych przyczyn zgonu pacjentów. CHF powoduje wzrost objętości komory oraz zmianę geometrii z normalnej eliptycznej na kołową. Jedną z obecnie intensywnie rozwijanych metod leczenia pozawałowej CHF jest rekonstrukcja lewej komory serca polegającą na wycięciu (lub zaszyciu, zmarszczeniu) martwego obszaru ściany lewej komory serca i nadaniu komorze odpowiedniego kształtu oraz objętości. W celu optymalizacji kształtu komory jej redukcja powinna być wykonana proporcjonalnie zarówno wzdłuż krótkiej jak i długiej osi serca. Celem projektu jest opracowanie metody pozwalającej na optymalny dobór kształtu i wielkości uszkodzonej pozawałowo lewej komory serca i tym samym poprawienie wyników leczenia w oparciu o badania in vitro, symulacje komputerowe i fizyczne, wykonywane dla danego pacjenta, na podstawie dostarczonych wyników badań diagnostycznych. Określenie wielkości naprężeń oraz ruchu miokardium jest istotne w celu określenia prawidłowej pracy serca szczególnie po rekonstrukcji lewej komory. Metody modelowania układu krążenia krwi są również wykorzystywane w badaniu koarktacji (wrodzonej wady zwężenia aorty). Optymalny wybór techniki operacyjnej (zespolenie koniec do końca, wycięcie zwężenia z wszczepieniem protezy, poszerzenie za pomocą łaty lub wszczepienie pomostu omijającego) pomoże w rozwiązaniu problemu jaki stanowią nawroty zwężenia aorty po operacjach koarktacji.

Jako pierwsi w kraju rozpoczęliśmy również z powodzeniem zastosowanie technologii wirtualnej rzeczywistości do planowania operacji oraz testów modelowych wspierających fazy projektowania robota chirurgicznego. Nasza „Wirtualna sala operacyjna” (oparta o oprogramowanie firmy EON) znajduje obecnie zastosowanie w trzech niezwykle istotnych i wzajemnie ze sobą powiązanych gałęziach szkoleniowych. Przede wszystkim jako stanowisko treningowe przyszłych chirurgów mogących zapoznać się z zachowaniem i sposobem sterowania robotem RobIn Heart. Jako narzędzie do planowania procedur operacyjnych, z możliwym instruktażem „krok po kroku” danego toku postępowania. Ostatnim zastosowaniem z trzech wspomnianych jest wykorzystanie systemu w programie doradczym, gdzie komendą głosową w trakcie zabiegu chirurgicznego zastanie przywołana procedura przećwiczona wcześniej na wirtualnym modelu. Technologia wirtualnej rzeczywistości jest wykorzystywana również w procesie projektowania nowych narzędzi chirurgicznych – już w trakcie projektowania możemy ocenić jego przydatność w określonej przestrzeni operacyjnej na modelu pacjenta.

pracownia_31.jpg pracownia_32.jpg

Od roku 2000 obserwuje się rosnące zainteresowanie w Polsce robotami medycznymi inspirowane przez prowadzony w Fundacji projekt RobIn Heart oraz organizowane konferencje, spotkania i pokazy. Projekt cieszy się od samego początku dużym poparciem medialnym i społecznym (o czym świadczą sponsorzy tego przedsięwzięcia). Prace nad polskim robotem, który stanowi nowoczesne narzędzie chirurga realizowane są przez multidyscyplinarny zespół w kilku ośrodkach naukowych w Polsce. Program badawczy obejmuje swoim zakresem opracowanie różnych strategii operacji, symulacje przebiegu operacji, opracowanie ergonomicznego stanowiska pracy chirurga, zaprojektowanie układu sterowania i konstrukcji mechanicznej manipulatora oraz wykonanie niezbędnych modeli i prototypu. Nadaliśmy mu imię: RobIn Heart (robot w sercu), ponieważ chcemy by był przyjazny ludziom, by można na nim polegać w najtrudniejszych sytuacjach. Dzisiaj RobIn Heart jest już uznaną marką w świecie naukowym, nic dziwnego że zabrzański zespół nazywają „drużyną Robina”.

pracownia_41.jpg pracownia_42.jpg pracownia_43.jpg

W fazie projektowania wykonano szereg modeli i rozwiązań prototypowych. Testowane są różne metody przekazywania informacji maszynie: sterowanie ruchem dłoni, głowy i głosem modeli robotów o różnej budowie i sposobie działania. Prowadzone są prace nad inteligentną bazą danych. Przywoływana głosem umożliwi pokazanie na ekranie informacji diagnostycznych oraz danych z symulacji operacji. Lekarz-operator będzie mógł w każdej chwili wykorzystać program doradczy. Opracowywano szereg modeli zadajników ruchu wykorzystujących różne możliwości i doświadczenie operatorów. Jest wśród nich rozwiązanie wykorzystujące typowy uchwyt laparoskopu jako drążek sterowniczy. Planujemy dostosowanie sposobu sterowania robotem według preferencji zamawiającego. Obecnie rodzina robotów Robin Heart liczy 4 oryginalne prototypy. Różnią się konstrukcją, wyposażeniem, mocowaniem (na niezależnej podstawie lub montowane do stołu operacyjnego). W 2006 r. powstał Robin Heart Vision – robot za pomocą którego można kontrolować położenie kamery endoskopowej. Przygotowywane są nowe typy operacji z zastosowaniem robotów, seria eksperymentów na zwierzętach (posiadamy zgodę Komisji Etycznej).

pracownia_51.jpg pracownia_52.jpg pracownia_53.jpg

Dzięki opracowywanej trójwymiarowej wirtualnej sali operacyjnej można odpowiednio ustawić robota przy stole operacyjnym i określić przestrzeń roboczą możliwą do uzyskania przy pełnym, zakresie sterowania danym narzędziem. Organizowane Konferencje Roboty Medyczne i Warsztaty Chirurgiczne gromadzą rzesze entuzjastów nowoczesnej chirurgii. W czasie ćwiczeń warsztatowych można poznać zalety i wady narzędzi: od klasycznych przez laparoskopowe do zrobotyzowanych. Mamy nadzieje, że już wkrótce konstruowane w przez nas roboty i półautomatyczne narzędzia chirurgiczne znajdą się w wielu klinikach i salach operacyjnych pomagając lekarzom i ich pacjentom. Otworzy drogę całej gamie produktów robot Robin Heart Vision, który mamy nadzieje że stanie się popularnym asystentem-robotem stosowanym podczas operacji mini-inwazyjnych nie tylko na sercu.

Rozpoczęliśmy działania zmierzające do organizacji zespołu, który zajmie się komercjalizacją opracowywanych produktów. Dzięki funduszom unijnym powstał w 2005 Zakład Robin Heart Service.

pracownia_61.jpg pracownia_62.jpg pracownia_63.jpg

pracownia_64.jpg pracownia_65.jpg pracownia_66.jpg


Pracownia Biocybernetyki utrzymuje stałe kontakty z wieloma wyższymi uczelniami. Wykonywane są tu prace dyplomowe, magisterskie i doktoranckie, prowadzone zajęcia dydaktyczne. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się Warsztaty Chirurgiczne, podczas których studenci medycyny i nauk technicznych pod okiem chirurgów i konstruktorów robota wykonują szereg ćwiczeń manualnych posługując się równego typu narzędziami: od klasycznych narzędzi, przez narzędzia laparoskopowe do prototypowych zrobotyzowanych narzędzi opracowywanych przez zespół Pracowni i współpracowników. Na bazie tych doświadczeń planowane jest otwarcie Centrum Szkolenia Nowoczesnych Technik i Technologii Chirurgicznych.


Kontakt:
dr_zbigniew_nawrat.jpg
dr Zbigniew Nawrat

Dyrektor Naukowy
Instytutu Protez Serca

kierownik Pracowni Biocybernetyki

tel.: 032 37 35 626
fax: 032 37 35 677
e-mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

 


Zespół:

dr Zbigniew Małota
dr inż. Paweł Kostka
Mariusz Jakubowski
Adam Klisowski

Zakład Robin Heart Service

kontakt: Zbigniew Nawrat
tel.: 32/ 3735664
e-mail: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.

 

Patroni medialni:

logo_dziennik_zachodni.jpg logo_polskie_radio_katowice.jpg

 


© 2012 Siła Serca S.A., ul. Agrestowa 19, 53-006 Wrocław,
tel./fax +48 71 342 29 42, +48 609 280 380
email:
biuro@silaserca.pl