Twee en een half jaar geleden waren medewerkers van THINK Surgical, een ontwikkelingsbedrijf voor robotchirurgie in Fremont, Californië, bezig met het opruimen van een opslageenheid in de buurt van hun hoofdkantoor toen ze een object vonden dat een oude robotarm leek te zijn.
Bij nadere beschouwing realiseerde Micah Forstein, een assistent-manager bij het bedrijf, zich dat de arm een overblijfsel was - een prototype van een uitvinding die de vervanging van gewrichten voor altijd had veranderd.
Het innovatieve robotsysteem, genaamd Robodoc, stelt chirurgen in staat om gecompliceerde heup- en knieoperaties met grotere precisie uit te voeren met behulp van CT-scans omgezet in driedimensionale virtuele afbeeldingen voor preoperatieve planning en computergestuurd boren. De tool is wereldwijd in meer dan 28.000 procedures gebruikt.
Nu zal het volledig herstelde prototype van 1989 voor altijd worden herdacht in de collecties van het Smithsonian's National Museum of American History.
"Het is belangrijk voor ons om mijlpalen in de medische technologie te onthouden", zegt Forstein.
Het ROBODOC-prototype in het National Museum of American History. (NMAH / SI) De robot is het geesteskind van wijlen dierenarts Howard "Hap" A. Paul en ingenieur-orthopedisch chirurg William Bargar, die beiden werkten aan de University of California, Davis, in de jaren tachtig toen Bargar herkende wat hij een dilemma noemt in totale heupartroplastiek of heupvervangende operatie.
In die tijd werden implantaten aan het lichaam van de patiënt bevestigd met acrylcement, een vergankelijk materiaal dat uiteindelijk zou afbreken en de patiënt terug onder het mes zou sturen.
Onderzoekers hadden al geprobeerd de behoefte aan het defecte cement te elimineren door poreuze implantaten te gebruiken waarin het bot daadwerkelijk kon groeien. Deze ontwikkeling loste het probleem van het verslechterende cement op, maar de implantaten waren nog steeds onvolmaakt omdat ze slechts in een paar verschillende maten werden vervaardigd; ze pasten niet bij het lichaam van elke patiënt.
"Je zou proberen ze erin te doen en sommige zouden te strak passen, " zegt Bargar, "of je zou het bot breken om het erin te doen, of sommige zouden te los passen en het zou wiebelen, dus het was moeilijk om de voor elke patiënt de juiste maat. Dus ik had het idee om deze dingen op maat te maken. "
Met behulp van CT-scangegevens van een patiënt in combinatie met computerondersteund ontwerp / computerondersteund fabricage (CAD / CAM) technologie, kon Bargar een implantaat ontwerpen dat past bij het lichaam van een specifiek individu. Hij kon het ontwerp vervolgens overbrengen naar een CAD / CAM-machine die het implantaat uit metaal zou snijden.
Ondertussen bestudeerde Paul op een ander deel van de campus van UC Davis gezamenlijke vervangende operaties bij honden als inwoner van de School of Veterinary Medicine. Hij kon het niet verdragen om een hond voor gewrichtsproblemen neer te zetten als er alternatieven waren, zoals heupvervangingen. De twee onderzoekers bundelden hun krachten en deden onderzoek op maat naar implantaten bij honden.
Maar zelfs met de aangepaste implantaten was de gewrichtsvervangingschirurgie gebrekkig. Terwijl een machine de aangepaste implantaten maakte, graven chirurgen nog steeds met de hand de holten in de botten van de patiënten, vaak grof, met obstakels voor het inbrengen van de implantaten en de weg vrijmaakt voor schadelijke gevolgen, zoals botversplintering.
Onderzoekers gebruikten de ROBODOC in 23 hondenoperaties voordat ze probeerden het op een mens te gebruiken. (NMAH / SI) Op een vlucht naar huis uit Nice, Frankrijk, waar ze hun onderzoek naar de aangepaste implantaten hadden gepresenteerd, kwamen Bargar en Paul met hun volgende idee: om een robot te gebruiken om de omgekeerde vorm van het implantaat in de patiënt te snijden voor een perfecte pasvorm.
Maar de onderzoeksgebieden van robotica en computers hadden zich onafhankelijk van elkaar ontwikkeld, en een robot leren werken als een CAD / CAM-machine was een nieuw concept. Na oproepen aan veel robotfabrikanten verlieten de onderzoekers een doodlopende weg, bracht Bargar's vader, een voormalige medewerker van IBM, hem in contact met een groep in Thomas J. Watson Research Lab van IBM. Daar hadden onderzoekers een geautomatiseerde machinetaal ontwikkeld, maar moesten deze nog in de echte wereld toepassen.
Het was de perfecte match en in 1986 begonnen de onderzoekers samen te werken aan het eerste en enige actieve robotchirurgische systeem. Net als de CAD / CAM-machine die wordt gebruikt om de implantaten te vervaardigen, volgt de robot de aanwijzingen van de chirurg, die hij van een computer ontvangt, met behulp van deze door IBM ontwikkelde taal.
"Je moet een idee hebben en je moet naïef zijn en het helpt ook om geluk te hebben", zegt Bargar.
Ze doopten hun robot, Robodoc, in een knipoog naar de populaire film RoboCop uit 1987. Rond 1990 hebben Paul en Bargar, met de steun van IBM, het bedrijf Integrated Surgical Systems mede opgericht en de FDA overtuigd om hen in november 1992 in staat te stellen een haalbaarheidsonderzoek naar een mens te doen. Tussen Integrated Surgical Systems en IBM zijn er tien patenten (nummers 5769092, 5776136, 5806518, 5824085, 6033415, 6322567, 6430434, 5951475, 6415171 en 6747646) die verschillende componenten van de algehele uitvinding vertegenwoordigen.
Ze hadden de robot al gebruikt bij operaties bij 23 honden, en hoewel ze wat problemen hadden met het instellen van de machine voor de eerste menselijke operatie, waren ze succesvol en bewezen de veiligheid van de machine.
De FDA stond hen vervolgens toe om nog negen menselijke operaties te voltooien in een multicenteronderzoek (Paul nam deel aan zes van de testoperaties, maar tragisch genoeg stierf hij de dag vóór de laatste testoperatie in de studie aan leukemie).
Ze konden met deze onderzoeken aantonen dat de robot hielp bij nauwkeurigere gewrichtsvervangende operaties, maar de procedure duurde langer dan een traditionele operatie, wat resulteerde in meer bloedverlies. Ze waren in staat om het proces te tweaken met suggesties van een arts in Duitsland die het apparaat was gaan gebruiken rond dezelfde tijd dat het team van Bargar de FDA-multicenter-studies begon (de EU had een andere set normen waardoor dit apparaat in Europa kon worden gebruikt voordat het in de VS werd gebruikt).
Maar om de veranderingen te integreren, vereiste de FDA dat het team een nieuwe reeks proeven voltooide, en tegen 2006 had het bedrijf bijna geen geld meer. Ze sloten hun winkel tot 2007 toen een Koreaans bedrijf genaamd Curexo, het moederbedrijf van THINK Surgical, binnenstapte en de fondsen beschikbaar stelde om het onderzoek af te ronden.
De FDA heeft de Robodoc het volgende jaar eindelijk vrijgemaakt, en vandaag is het systeem nog steeds het enige actieve robotchirurgische systeem (wat betekent dat de robot de procedure zelf uitvoert volgens de bevelen van de chirurg) die in de VS wordt gebruikt voor orthopedische chirurgie.
De ROBODOC was de eerste actieve robot die in een operatie werd gebruikt. (NMAH / SI) Judy Chelnick, een geassocieerd curator in de afdeling geneeskunde en wetenschap van het museum, volgde al jaren de evolutie van robotchirurgische technologie toen Forstein contact maakte met het Smithsonian Institution nadat hij het prototype had ontdekt. Chelnick wist dat ze een robotachtig medisch apparaat wilde verzamelen, maar moest nog beslissen welk.
Nadat ze de robot persoonlijk in Fremont had gezien en de geschiedenis van Robodoc had onderzocht, besloot ze dat dit de belangrijkste was om als eerste te verzamelen - omdat het de eerste was.
“Het is historisch. Ik zie het als de evolutie van een operatie. Dit is gewoon een andere manier om een operatie uit te voeren, ”zegt Chelnick.
In november 2016 heeft het National Museum of American History de Robodoc officieel opgenomen in zijn permanente collecties wetenschap en geneeskunde. De 72-jarige Bargar, die aanwezig was bij de inwijdingsceremonie, noemt de schenking aan het Smithsonian een "capper" voor zijn carrière. “Het is een enorme eer. Het is waarschijnlijk de grootste prestatie van mijn leven ”, zegt hij.
