Inženjerstvo robotizirane medicine Bez napora i novaca

Tekućinski tlakomjeri ili manometri instrumenti su za mjerenje tlaka u plinovima, parama i tekućinama na načelu spojenih posuda s tekućinom (obojenom vodom, vodenom otopinom alkohola ili živom3). Jedna od spojenih posuda spajala se na spremnik u kojemu se mjerio tlak, a on je remetio ravnotežu tekućine u spojenim posudama. Iz toga poremećaja procjenjivao se i na neki način mjerio tlak u spremniku. Barometar (prema grč. baris: težina, tlak + métron: mjera) je instrument za mjerenje atmosferskoga tlaka, prvotno uspoređivanjem težina zračnoga stupa i barometarske tekućine.

Stare mjerne jedinice tlaka

Prvotne su jedinice tlaka nastale izravno ili posredno prema mjerenjima na tlakomjerima, manometrima i barometrima. Milimetar živina stupca, razgovorno i samo milimetar žive (znak mmHg) najstarija je mjerna jedinica tlaka. Na razini mora u normiranim okolnostima temperature i vlažnosti zraka ravnotežu stupcu zraka u atmosferi drži stupac žive visok 760 mm, pa je tako tlak atmosferskoga zraka određen kao 760 mmHg. U nekim se primjenama, osobito za izražavanje tlaka tjelesnih tekućina, ta mjerna jedinica tako uvriježila da je i danas zakonita, iznimno dopuštena jedinica izvan SI-a, za izražavanje tlakova tjelesnih tekućina:

Milimetar živina stupca (znak mmHg) iznimno je dopuštena jedinica tlaka izvan SI, vrijednosti mmHg = 133,32 Pa.

Milimetar vodenoga stupca ili milimetar vode (znak mmH2O), stara je mjerna jedinica tlaka, definiran tlačenjem vodenoga stupca pri najvećoj gustoći vode (pri 4°C) u tekućinskome manometru, uz normirano ubrzanje Zemljine teže. Približno je jednak kilopondu po četvornome metru, dakle mmH2O ≈ kp/m2 = 9,806 65 Pa, dakle blizu 10 Pa. Primjenjivao se za manje tlakove. Danas je milimetar vodenog stupca zastarjela i nezakonita mjerna jedinica.

3 Klasični barometri (tlakomjeri) i termometri sa živom nakon tri stoljeća uporabe odlaze u povijest. Zbog velike opasnosti od onečišćenja živom pri razbijanju instrumenta te udisanja živinih para, od 10. travnja 2014. se prema europskoj Smjernici EU 2007/51/, više se ne smiju na tržištu nalaziti termometri i tlakomjeri sa živom te se ne smiju upotrebljavati u zdravstvenim ustanovama. Povijesno Pascalovo mjerenje visine brijega barometrom 1648. godine (ilustracija iz knjige Novovjeki izumi II. Matica hrvatska, Zagreb 1883.)

Tor (znak Torr) stara je mjerna jedinica tlaka, nazvan prema Evangelisti Torriceliju (1608.–1647.), talijanskom fizičaru i matematičaru. Prvotno je bio naziv za milimetar živina stupca (Torr = mmHg = 133,32 Pa). Potom je pouzdanije definiran4 kao 760-i dio normalne atmosfere, dakle Torr = atm/760 = 101 325 Pa/760 ≈ 133,322 Pa. Razlika je “staroga” i “novoga” tora gotovo neznatna. Danas je tor zastarjela i nezakonita mjerna jedinica. Normalna atmosfera, standardna atmosfera ili fizikalna atmosfera (znak atm), stara je mjerna jedinica tlaka, vrijednosti približno jednake tlaku Zemljine atmosfere na morskoj razini. Svojedobno je bila definirana kao tlak od 760 mmHg, a posljednja je definicija bila atm = 101 325 Pa. Danas je normalna atmosfera zastarjela i nezakonita mjerna jedinica.

4 Visina stupca žive ovisna je okolnostima: temperaturi i vlažnosti zraka te ubrzanju Zemljine teže.

Kako je tlak omjer sile i ploštine površine na koju sila tlači, neke su mjerne jedinice tlaka definirane silom i ploštinom. Tehnička atmosfera (znak at), stara je mjerna jedinica tlaka, definirana silom u kilopondima koja okomito djeluje na površinu ploštine četvorni centimetar, dakle at = kp/ cm2 = 98 066,5 Pa. Prvotno se nazivala i kilogramom (sile) po četvornom centimetru (znak kg*/cm2). Upotrebljavala se vrlo često u Tehničkom sustavu upravo u doba velikoga industrijskoga razvoja od početka XX. st., pa do uvođenja Međunarodnoga sustava 1960-ih Starinski precizni živin godina. U tehničkoj barometar je primjeni bila vrlo uvriježena (tlakovi u postrojenjima, spremnicima, cijevima, zračnicama i dr.). Praktično ju je zamijenila jedinica bar, vrlo bliske vrijednosti. Danas je tehnička atmosfera zastarjela i nezakonita mjerna jedinica. Bar je mjerna jedinica tlaka, svojedobno definiran kao višekratnik CGS-jedinice tlaka, dakle silom u dinima i ploštinom u četvornim centimetrima, tj. bar = 106 dyn/cm2. U vrijeme uvođenja Međunarodnoga sustava jedinica bar se često upotrebljavao, jer je po vrijednosti vrlo blizak starim jedinicama tlaka normalnoj atmosferi (bar = 0,986 923 atm) i tehničkoj atmosferi (bar = 1,019 716 at). Stoga je bar i danas zadržan kao zakonita jedinica tlaka, sa sljedećom definicijom:

Bar (znak bar) je iznimno dopuštena jedinica tlaka izvan SI, vrijednosti bar = 105 Pa.

Suvremeni elektronički (digitalni) medicinski tlakomjer koji mjeri tlak i bilo

Često se upotrebljava njegov decimalni nižekratnik milibar (znak mbar), vrijednosti mbar = 10‒3 bara.

SI jedinica paskal

Paskal je izvedena mjerna SI jedinica tlaka i tlačnoga naprezanja, nazvan po Blaiseu Pascalu. Uveden je odlukom 14. CGPM-a 1971. godine. Definiran je jedinicom sile njutn i ploštine četvorni metar:

Paskal (znak Pa) je tlak što ga proizvodi jednoliko raspoređena sila od jednoga njutna koja okomito tlači plohu ploštine jedan četvorni metar, dakle paskal je njutn po četvornom metru (Pa = N/m2).

Za mnoge je primjene paskal po vrijednosti malena jedinica, dakle brojčane vrijednosti tlaka su velike. Stoga se često rabe njegovi višekratnici hektopaskal (znak hPa) i kilopaskal (znak kPa). Hektopaskal se zbog odnosa hPa = 102 Pa= = 102 × 10‒5 bar = 10‒3 bar = mbar, često zamjenjuje iznimno dopuštenom jedinicom izvan SI milibar (znak mbar). Tako su, nakon nekada brojnih mjernih jedinica tlaka, danas ostale kao zakonite samo SI jedinica paskal te iznimno dopuštene jedinice tlaka milimetar živina stupca i bar. Dr. sc. Zvonimir Jakobović

Inženjerstvo robotizirane medicine

SVIJET ROBOTIKE

Medicina, posebno kirurgija, uvijek se snažno oslanjala na tehnička pomagala. Od nebrojenih ručnih alata došlo se do tehniciziranih kirurških sala sa kondicioniranim uvjetima koje su postale strojevi oblikovani za visoku i učinkovitu produkciju. S vremenom je cijeli bolnički prostor oblikovan kao inženjersko medicinsko okružje u kojem su liječnici poznavatelji anatomije i obučeni opslužitelji sve složenijih uređaja. Medicinski kirurški roboti kategoriziraju se kao profesionalni servisni roboti. To znači da je za njihovu upotrebu i održavanje potreban tim profesionalnih, dugotrajno treniranih korisnika, kirurga, ali i tehničkih asistenata. U odnosu na druge servisne robote oni su razmjerno malobrojni, ali zbog visokih cijena predstavljaju znatan udio tržišta servisne robotike. To tržište je 2015. godine procijenjeno na 7 milijardi dolara, a u 2023. narast će na 20 milijardi dolara. Takav rast posljedica je ekonomske i socijalne prednosti kirurških robota u odnosu na konvencionalnu kirurgiju. Robotska kirurgija već sada osigurava standardno, brzo i individualizirano liječenje. Individualizacija se prvenstveno temelji na različitim vrstama vizualne dijagnostike poput CT-a (Computer Tomography), MR-a (Magnet Resonant), ultrazvuka, fluoroskopije itd. S metodologijskog gledišta kirurški roboti uglavnom su sljednici minimalno invazivne kirurgije u kojoj su se prije robota koristili endoskopski i laparoskopski uređaji za neizravno operiranje unutar tijela. Robotiziranjem takvih uređaja došlo se do teleoperacijske kirurgije. Prvi kirurški robotski sustav korišten je 1985. godine za neurokiruršku biopsiju mozga uz primjenu snimaka računalne tomografije (CT). Korištena ruka “Puma 560” bila je dorađeni standardni industrijski robot “Puma 200” tvrtke Unimation. Iako točan u pozicioniranju, zahtijevao je dugačku pripremu, a imao je i mali operativni prostor. Niska sigurnost pacijenta navela je proizvođača da zabrani upotrebu svojih robota u medicini. Istraživačko-razvojni uspjeh korištenja robota u neurokirurgiji potaknuo je razvoj i na području robotizacije transuretralne resekcije prostate 1988. godine. U toj operaciji kruti “resektoskop” kojim ručno upravlja kirurg uvodi se kroz mokraćni kanal (uretru) da bi se došlo do mjesta zahvata. Zbog ograničenog vidnog polja endoskopa, otežane koordinacije oka i ruke, ili drhtanja ruku, i slabog prostornog vida postupak

Kirurška robotika izuzetna je ne samo po opsegu i brzini širenja na mnoge liječničke prakse već i po brzini njenog prihvaćanja od pacijenata. Neke od kirurških praksi poput uklanjanja prostate, unatoč manjkavostima i nepoznanicama, postale su danas tzv. zlatni standard liječenja. To svjedoči i o općem povjerenju ljudi u robotiku.

POČECI ROBOKIRURGIJE. Slike prikazuju početke tri najvažnije primjene kirurških robota u kojima se koriste metodološki različiti uređaji. U prvim robotiziranim zahvatima korišteni su industrijski roboti. Davne 1985. Kwoh sa suradnicima koristi ruku PUMA 560 (slika lijevo) za neurokiruršku biopsiju prema CT (kompjuterska tomografija) snimcima. Robot drži fiksator uz pacijentovu glavu i vodi instrument za biopsiju. ProBot (slika u sredini) je sustav iz 1988. za transuretralnu resekciju prostate. ROBODOC (slika desno) u muzeju Smitsonian početak je ortopedske kirurgije i predoperacijskog planiranja zahvata na kuku i koljenu. Odabrani implantat pozicionirao se prema slikovnoj analizi (CT) dok je u operaciji brzim alatom kojim upravlja robotska ruka vršeno glodanje podloge za čašicu, piljenje kosti, pozicioniranje usatka i sl.