For to og et halvt år siden rengjorde ansatte ved THINK Surgical, et selskap for utvikling av robotkirurgi i Fremont, California, en lagringsenhet i nærheten av hovedkvarteret da de fant en gjenstand som så ut til å være en gammel robotarm.
Når han så nærmere på, innså Micah Forstein, en assisterende leder i selskapet, at armen var en rest - en prototype av en oppfinnelse som forandret ledderstatningskirurgi for alltid.
Det nyskapende robot-systemet, som kalles Robodoc, gjør det mulig for kirurger å utføre kompliserte hofte- og kneoperasjoner med større presisjon ved bruk av CT-skanninger omgjort til tredimensjonale virtuelle bilder for preoperativ planlegging og datastyrt drilling. Verktøyet har blitt brukt i mer enn 28 000 prosedyrer over hele verden.
Nå vil den fullt utvinnede prototypen fra 1989 bli minnet for alltid i samlingene til Smithsonians National Museum of American History.
"Det er viktig for oss å huske milepæler i medisinsk teknologi, " sier Forstein.
ROBODOC-prototypen på National Museum of American History. (NMAH / SI) Roboten er hjernen til den avdøde veterinæren Howard "Hap" A. Paul og ingeniør-dreid ortoped kirurg William Bargar, som begge jobbet ved University of California, Davis, på 1980-tallet da Bargar anerkjente det han kaller et dilemma i total hofteartralastikk, eller hofteproteseoperasjon.
I den tiden ble implantater festet til pasientens kropp med akrylsement, et impermanent materiale som til slutt skulle bryte sammen og sende pasienten tilbake under kniven.
Forskere hadde allerede forsøkt å eliminere behovet for feil sement ved å bruke porøse implantater der beinet faktisk kunne vokse. Denne utviklingen tok for seg problemet med den forringende sementen, men implantatene var fremdeles ufullkomne fordi de bare ble produsert i noen få forskjellige størrelser; de passet ikke hver pasients kropp.
"Du ville prøve å legge dem i, og noen ville passe for tett, " sier Bargar, "eller så ville du knekt beinet og lagt det i, eller noen ville passe for løst og det ville vrikke, så det var vanskelig å få riktig størrelse for hver pasient. Så jeg hadde ideen om å tilpasse disse tingene. "
Ved å bruke en pasients CT-skannedata sammen med datamaskinassistert design / datamaskinassistert produksjon (CAD / CAM) -teknologi, kunne Bargar utforme et implantat som passer til en spesifikk persons kropp. Han kunne deretter overføre designet til en CAD / CAM-maskin som ville kutte implantatet ut av metall.
I mellomtiden studerte Paul på en annen del av UC Davis campus felles erstatningskirurgier hos hunder som bosatt ved School of Veterinary Medicine. Han orket ikke å legge ned en hund for felles problemer hvis det var alternativer, for eksempel hofteutskiftninger. De to forskerne slo seg sammen og bedrev tilpasset implantatforskning hos hunder.
Men selv med de tilpassede implantatene var kirurgi i ledderstatning feil. Mens en maskin laget de tilpassede implantatene, gravde kirurger fortsatt hulrommene i pasientens bein for hånd, ofte grovt, og presenterte hindringer for innsetting av implantatene og banet vei for skadelige konsekvenser, som for eksempel bein splitting.
Forskere brukte ROBODOC i 23 hundeoperasjoner før de forsøkte å bruke den på et menneske. (NMAH / SI) På en flytur hjem fra Nice, Frankrike, hvor de hadde presentert sin forskning på de tilpassede implantatene, kom Bargar og Paul på sin neste ide: å bruke en robot for å kutte den inverse formen til implantatet i pasienten for en perfekt passform.
Men forskningsfeltene robotikk og datamaskiner hadde utviklet seg uavhengig av hverandre, og å lære en robot å oppføre seg som en CAD / CAM-maskin var et nytt konsept. Etter samtaler med mange robotprodusenter forlot forskerne i en blindvei, satte faren til Bargar, en tidligere IBM-ansatt, ham i kontakt med en gruppe ved IBMs Thomas J. Watson Research Lab. Der hadde forskere utviklet et automatisert maskinspråk, men hadde ennå ikke brukt det i den virkelige verden.
Det var den perfekte kampen, og i 1986 begynte forskerne å samarbeide om det første og eneste aktive robotkirurgiske systemet. På samme måte som CAD / CAM-maskinen som ble brukt til å produsere implantatene, følger roboten kirurgens anvisninger, som den mottar fra en datamaskin, ved å bruke dette IBM-utviklede språket.
"Du må ha en idé og du må være naiv, og det hjelper også å være heldig, " sier Bargar.
De døpte roboten sin, Robodoc, i et nikk til den populære 1987-filmen RoboCop . Omkring 1990, med IBMs støtte, støttet Paul og Bargar selskapet Integrated Surgical Systems og overbeviste FDA om å la dem gjøre en mulighetsstudie av et menneske i november 1992. Mellom Integrated Surgical Systems og IBM er det ti patenter (nummer 5769092, 5776136, 5806518, 5824085, 6033415, 6322567, 6430434, 5951475, 6415171 og 6747646) som representerer forskjellige komponenter av den totale oppfinnelsen.
De hadde allerede brukt roboten i operasjoner på 23 hunder, og selv om de hadde noen problemer med å sette opp maskinen for den første menneskelige operasjonen, var de vellykkede og beviste maskinens sikkerhet.
FDA tillot dem deretter å fullføre ni flere kirurgiske inngrep i en multisenterstudie (Paul deltok i seks av testkirurgiene, men tragisk døde han av leukemi dagen før den endelige testoperasjonen i studien).
De var i stand til å bevise gjennom disse studiene at roboten hjalp til med mer presis leddserstatningskirurgi, men prosedyren tok lengre tid enn en tradisjonell kirurgi, noe som resulterte i større blodtap. De var i stand til å finpusse prosessen med forslag fra en lege i Tyskland som hadde begynt å bruke enheten omtrent samtidig som Bargars team startet FDA-multisenterstudiene (EU hadde et annet sett med standarder som tillot denne enheten å bli brukt i Europa før den ble brukt i USA).
Men for å innarbeide endringene, krevde FDA at teamet skulle fullføre et nytt sett med forsøk, og i 2006 hadde selskapet lite penger. De stengte butikken til 2007 da et koreansk selskap som het Curexo, morselskapet til THINK Surgical, slynget inn og ga midler til å fullføre studien.
FDA ryddet til slutt Robodoc neste år, og i dag er systemet fremdeles det eneste aktive robotkirurgiske systemet (noe som betyr at roboten gjør selve prosedyren etter kirurgens kommandoer) som ble brukt i USA for ortopedisk kirurgi.
ROBODOC var den første aktive roboten som ble brukt i kirurgi. (NMAH / SI) Judy Chelnick, en kurator i museets divisjon medisin og vitenskap, hadde fulgt utviklingen av robotkirurgisk teknologi i mange år da Forstein tok kontakt med Smithsonian Institution etter å ha avdekket prototypen. Chelnick visste at hun ønsket å samle inn et medisinsk utstyr, men hadde ennå ikke bestemt seg for hvilken.
Etter å ha sett roboten personlig i Fremont og undersøkt Robodocs historie, bestemte hun seg for at dette var den viktigste å samle først - fordi den var den første.
“Det er historisk. Jeg ser det som utviklingen av kirurgi. Dette er bare en annen måte å utføre kirurgi på, sier Chelnick.
I november 2016 innførte National Museum of American History offisielt Robodoc til sine permanente samlinger for vitenskap og medisin. Den 72 år gamle Bargar, som var til stede ved innvielsesseremonien, kaller donasjonen til Smithsonian for en “capper” til karrieren. “Det er en enorm ære. Det er sannsynligvis den største bragden i livet mitt, sier han.
