“ Robotisering en automatisering binnen zorgondersteunende

processen ”Prof. Pascal VerdonckAZ Maria Middelares

16 maart 2012

Vooraf

1. Uitdagingen door technologie

• Globalisering• Bevolking• Klimaat en

energie

• “Proces van wereldwijde economische, politieke en culturele integratie ”

• Door vooruitgang in vervoer en telecommunicatiemiddelen werd een wereldwijde arbeidsdeling en -markt mogelijk gemaakt!

Globalisering

Bevolkingsevolutie

30

40

50

60

70

80

90

1950 1975

Life

exp

ecta

ncy (

year

s)

2000 2025 2050

Less developed regions - leastdeveloped countries (Male)

More developed regions (Male)

Less developed regions - leastdeveloped countries (Female)

More developed regions (Female)

°World Business Council 2010

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1950 2000 2050

Population aged 65+

Population aged 15-64

Population aged 0-14

Bevolkingsevolutie

°World Business Council 2010

Prognose van emissiestijging met 52% tot 2050, resulterend in een globale opwarmingvan 1.7-2.4°C, leidendtot meer droogte, stormen, overstromingenmet belangrijkebeschadiging van infrastructuur tot gevolg!

Klimaat en energie

°World Business Council 2010

2. Technologie betekent “vooruitgang”

Snelheid van verandering Technologische innovatiegolven

‘60 Massaproductie

‘70

‘80

‘90

‘00

’20‘10

Kwaliteit

ICT

Globaliseren

Innovatie

Duurzame ontwikkelingCleantech

2045 het singulariteitspunt?

80

100

120

140

160

180

200

1980 1985 1990 1995 2000 2005

GDP per capita

Economic well-being

Happiness

Singulariteitspunt

°World Business Council 2010

Singulariteitspunt

3. Informatie- en communicatie technologie

Informatie en communicatietechnologie

Slimmer• Artificiële

intelligentie (zoekmachine Google)

• Spraak- en gezichtsherkenning

°Consumer Electronics Show 2012

°Samsung TV ES8000 °2012

“Een computer is intelligent als hij een mens kan laten geloven dat hij een mens is”

1997,Deep Blue won schaakpartijvan Kasparov

2011, Watson °IBM

Informatie en communicatietechnologie Informatie en communicatietechnologie

Informatie en communicatietechnologieVeiliger• 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)

SociaalEthisch

Juridisch

ElectronicaPhysica

Informatica

MateriaalwetenschappenMechanicaRobotica

ChemieBiotechnologie

Genetica

NANONANOTECHNOLOGIETECHNOLOGIE

4. Nanotechnologie

Nanotechnologie• 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 grootte-afhankelijke fenomenen nieuwe toepassingen mogelijk maken

Nano: dimensies kleiner dan 100nm

Mark Sims 2005

Nano-machines

Nano-robotsNanotechnologie

Bv. moleculaire robots die organen repareren of cellen afspeuren naar ziektekiemen

Nanomachines zijn vanwege hun superkleine schaal veel preciezer en sneller dan andere technieken

5. Biomimetica en synthethischebiologie

• Robotontwerpers lenen vaak ideeën van moeder natuur: kunstmatige spierbundels van electro-aktieve polymeren

• De robo-vlieg is zuiniger en wendbaarder dan een miniatuurvliegtuig of helicopter.(vleugelspanwijdte 3cm) (°Harvard 2007)Moeilijkheid: lange stroomvoorziening!

Biomimetica• Van genoom over cel tot weefsel, orgaan

en organisme• Elektronica

– Parts (transistoren, dioden, condensatoren en schakelaars) over circuits en modules (devices) tot computer (chassis) en netwerken (system)

• Synthetische biologie– Eiwitten en genen (parts) , biochemische

pathways (device) over cellen (chassis) en celculturen tot weefsels assembleren (system)

Synthetische biologie

E. Weiss 2007

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

• 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

• 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.

Synthetische biologie• Op maat door medicatie op het

geschikte ogenblik op de juiste plaats te brengen

Betere medicijnen fabriceren

Micro & nano robots• Nanorobot wordt

ingespoten in de bloedbaan voor het afleveren van een medicijn rechtstreeks naar een geïnfecteerde cel.

• De nanorobot heeft een koolstof nanobuislichaam, een biomoleculaire motor .

• Het is samengesteld uit biologische elementen zoals DNA en eiwitten, zodat het gemakkelijk wordt verwijderd uit het lichaam.

MemsWims

Betere hulpmiddelen fabriceren

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. sensoren2. regelaars3. actuatoren4. processoren5. 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.

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 !

Humanoïde robots

Wetten van de robot (°Asimov)

• 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 deEerste 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.”

6. Robotica & gezondheidszorg

Invloedsfactoren• Demografisch (bevolking, landelijk,…)• Economisch (arbeidsintensief)• Ethisch denken (technologische

aanvaarding,…)• Technologische innovaties• Duurzaamheid (energie, afval, …)• Politiek (regelgeving)

Toegevoegde waarde• 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• Weerstanden:

– “empathetic touch”

– “clinical intuition”

• Niettemin:– “Boom” is niet tegen te houden

– Ook als “zorgondersteuning “

Toepassingsdomeinen

1. Medische diagnose en interventie2. Logistieke zorgondersteuning3. Assistieve technologie4. Revalidatie5. Opleiding en training

1. Medische diagnose en interventies

• Robot geassisteerde chirurgie• Robots voor minimale invasieve chirurgie• Diagnostische hulpmiddelen• Nanorobots• Telegeneeskunde

Urologie - Gynaecologie

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 ‘pencilbeam', 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• Smart Videocapsule (11 bij 27

mm) om dunnedarmafwijkingenin 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.

Nanorobots

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

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 zorgMAKING THE

ROUNDS: The RP-7

enables a doctor

working remotely to

accompany hospital

staff as they make

their rounds.

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 zorgSTRONG 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.

Robotisatie en zorg

MISSION CONTROL:

doctors hope to be

able to control the RP-

7's cameras,

movement and audio

remotely via laptop or

PC and, eventually,

through their cell

phones.

Robotisatie en zorg• Meestal nog robot geassisteerd• Nodige randvoorwaarden

– Informatietechnologie: hardware en software• Performant datanetwerk• Elektronisch patïentendossier

– arts EN verpleegkundige

Besluit robotisatie en zorg

2. Logistieke zorgondersteuning

Als logistieke ondersteuning bij het zorgproces

• Voorbeelden: TUG, RoboCart, HelpMate

Als logistieke ondersteuning bij het zorgproces

• Voorbeelden: TUG, RoboCart, HelpMate

Als ondersteuning bij patiëntenmobiliteit

• Als ondersteuning bij patiëntenmobiliteit: tilliften:– RIBA "Robot for Interactive Body Assistance“

Als overnemer - ondersteuning van activiteiten

• Wasrobot cody

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

LeveringSchoonmaakBegeleiding°EU 2009

Robotica en logistiek

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

individuele geneesmiddelen distributie

Robotica & ziekenhuisapotheek

automatisch magazijn• 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

compounding

AGV (Egemin)

• Via kleine robots kunnen goederen van de logistieke laag zelfstandig geleverd en opgehaald worden op de afdelingen– 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)

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

Besluit Robotica & ziekenhuisapotheek 3. Assistieve technologie

– Gerobotiseerde manipulatiesbv hulp bij eten

– Robot

geassisteerde mobiliteit

– Intelligente prosthesen

Assistieve technologie

– Gerobotiseerde manipulaties

– Robot geassisteerde mobiliteitbv I-Bot rolstoel

– Intelligente prosthesen

Intelligente prosthesen

Assistieve technologie

– Gerobotiseerde manipulaties

– Robot geassisteerde mobiliteit

– Intelligente prosthesenbv: 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

• 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®)

Revalidatie Revalidatie• Fysische training• Hersteltherapie

voor neurologische stoornissen

• Mentale, cognetieve en sociale therapie

• 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 6. Opleiding reanimatie

Opleiding tandheelkunde

Simroidrobot °Nippon Medical

• 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)

• Cave: technologie, dispatch, beheer (onderhoud, programmatie, …) � kwalificaties personeel !

• “Geïntegreerd denken”!

8. Besluiten

• “Robotics for healthcare”, TNO report 2008“Ie-net”, Roadmap Vlaanderen, www. ie-net.be

• World business council for sustainabledevelopment: “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

9. Referenties