医療従事者の意見を反映した最適な医療用ロボティクスの提案

COVID-19の大流行およびあらゆる技能労働者の不足が叫ばれて以来、ロボティクスへの関心と産業への導入が 急がれています。今、ロボットは特に、あらゆるタイプの医療アプリケーションに有効です。病院などの医療現場で、高度な外科ロボティクスを補助するプロフェッショナルグレードの自律地上車両（AGV）、自動検査ステーション、患者支援システムなどの用途に対応した設計を行っています。また、医療アプリケーションのロボット設計は、医学的な問題を抱えながらも、age-in-placeのアプローチを通して、移動と自立の維持を望んでいる人々の生活の質を向上させるために設計された家庭用電化製品という形にもなっています。

図1：医療用ロボットにはさまざまな形態があります。また、面倒な作業やヒューマンエラーのリスクを高める可能性のある作業を自動化するものもあります。（画像提供：Getty Images）

この記事の焦点からは外れますが、一部のロボティクス設計は、家庭用のホームセキュリティ（ビデオシステムを含む）やHVACエネルギーモニタリングの技術的進歩の多くを、モノのインターネット（IoT）、ホームオートメーション、システムの相互運用性を拡張する健康支援ロボティクスに適応させていることに注目する価値があります。たとえば、IoTの基盤技術の中には、これらの高齢者が（時には複雑な）服薬スケジュールを確実に守ることを支援するために採用されているものもあります。

また、医療用ロボティクスでは、義肢、装具、ウェアラブルを融合させた外骨格ロボットが、高齢者や倉庫作業員、 工場作業員 などの過酷な手作業による怪我を防ぐために注目されています。ここで紹介する技術の多くは、当初軍事用に開発された技術を転用したものです。ほぼすべてがIoTコネクティビティとフィードバック用の センサアレイを搭載しています。

図2： FSR 400シリーズ 単一ゾーン感圧抵抗は、堅牢なポリマー厚膜デバイスで、印加力の増加とともに抵抗値が減少します。感度は、ヒューマンマシンインターフェース、医療用システム、ロボティクスへの使用に適しています。（画像提供： Interlink Electronics）

成長するダイナミックな市場への備え

病院などの医療機関における、ロボティクスは次の通りです。

• 低侵襲手術（MIS）法やロボット支援手術のように、繊細な手技の再現性を向上させる
• 広大な施設内で寝具類や洗濯物などを移動させるために往復するAGVのように、医療スタッフの許容範囲を超える時間の日常的な作業を行う
• 動けない患者をベッドから椅子へ、またはその逆を支援するための患者用リフトやロボットベッドを使用することで、介護者にとって危険な作業を補助する
• データトラッキングを採用している自動化システムを完全なものにします。このトピックの詳細については、オンラインビデオプレゼンテーション 患者の安全性を高め、収益を守るためのRFIDの活用法をご覧ください。
• 薬や検体の回収および配送を単独で行う（患者の安全なデータを活用する）

このような進歩によって、看護師、医師、病院の清掃、メンテナンススタッフなどの能力を広げることができます。また、予測可能で反復可能な作業をあらかじめプログラムし、さまざまな病院システムからの情報を活用することで、患者の治療の継続的な改善や医療研究への取り組みを支援する機会にもなります。

図3：電子式整流モータまたは ブラシレスDC（BLDC）モータ は、腕に機能障害のある患者の腕や手の動きの再訓練や調整を支援する医療用ロボットにも使用されています。それは、このようなモータが特に小型で効率が良いからです。(画像： Portescap)

外科用ロボティクスは、従来通り外科医の補助を行うだけでなく、人工知能や機械学習の利点をどんどん活用することで、医療分野の自動化をリードしています。Fortune Business Insights の報告によると、外科用ロボット市場は2026年までに68億ドル近くに達すると予測されています。それもそのはず、コンピュータ支援システムは、外科医が拡大画像と、疲労や震え、注意散漫の影響を受けない正確なエンドエフェクタの動きによって患者の治療成績を向上できることが十分に証明されているからです。

図4： NDシリーズ では、動作温度を-20°Cから+85°Cに拡張し、圧力センサでは、より伝統的な設計が用いられた半ダースのセンサの役割を果たすために、広いダイナミックさを特徴としています。具体的には、集積エレクトロニクス、先端ピエゾ抵抗素子、ADC、DSP、デジタルインターフェースを内蔵し、0.25 inH₂Oから5 psiまでの圧力を検知することで、自動眼科手術装置や自律走行車両など、さまざまな設計に対応します。（画像： Superior Sensor Technology Inc.）

その他、医療用ロボットの設計に関する考察

最高の医療用ロボットの設計には、経験豊富な病院職員だけでなく、他の医療専門家や介護者からも情報を得ています。このような情報、そして人体構造への十分な理解があれば、ロボットの設計者は、物資の輸送、介護の提供、薬物送達または手術などにかかわらず、高精度および操作性を備えた設計を実現することができます。医療用ロボットがリアルタイムで情報を得るためにIoTデータシステムを利用する場合、既存の病院ネットワークとの互換性が重要な鍵となります。

図5： テンションロードセルなどのコンポーネントが、患者用リフトが設計仕様の範囲内で正しく動作していることを確認します。(画像： Loadstar Sensors)

医療用ロボットのサプライヤの要件

医療用ロボティクスのエンジニア、ソフトウェア開発者、サプライヤは、電動化または自動化される治療や処置に関連するベストプラクティスについて幅広い知識を持つ必要があります。また、潜在ビジネスの要件や、産業における実行可能な収益化アプローチについても深く理解していることが求められます。

患者情報の保存に関連するシステムについては、安全なデータ管理が必要です。それは、データベースに保持される構造化データと、テキスト保存システムの非構造化データの両方に当てはまります。優れたネットワーク統合と分析能力は、予測的で適応的なシステム動作により、余分なデータ管理設計の取り組みを正当化するための中核となります。

医療用ロボットのデータに関する考察

本格的に導入する前に、医療用ロボティクスが患者の安全性、治療の快適性、転帰にどのような影響を与えるかを評価する必要があります。過去の導入実績を調査し、患者の回復力の向上やコスト削減を定量的に検討する必要があります。また、医療用ロボティクスのプログラムは、既存の病院スタッフが、対面であれ遠隔であれ、より患者のケアに集中できるようにするためのものであることを評価する必要があります。ロボティクスが、医療の質、患者の満足度、効率性といった病院システムの中核的な使命をサポートすることが証明された場合、病院幹部はスタッフや地域社会にその利点を伝えることに関わる必要があります。

医療用ロボットの機能に関するスタッフ教育

医療用ロボティクスを導入する医療機関では、その技術と介護者の専門性を上手く連携し、新しいロボティクスに接するすべての病院スタッフに対して、事前および継続的なトレーニングプログラムを実施することが必要です。この場合、標準的なトレーニングの基準が不十分である可能性があるため、組織は必要に応じてトレーニングモジュールを推奨し、作成するパートナーを探す必要があります。ロボティクスの安全な操作と保守の方法に関するトレーニング（該当する場合）に加えて、このような教育には、保険書類や請求書の作成手順も含まれる必要があり、さらに、病院スタッフ向けに簡単にアクセスできるマニュアルやデジタルリフレッシュモジュールも用意されています。

コネクテッドオペレーションをサポートするデータ

データの可視性とAIは、ロボット化されたさまざまな手順に深い洞察を与えながらも、機器に対する制御を最適化することができます。また、ネットワークに接続することで、病院がデータを分析し、ロボットプログラムの効果を評価することができます。これは、病院システムが既定のロボティクスプログラムを拡張することを目的としている場合に特に有効です。

図6： USB-to-SerialおよびNetwork-to-Serial製品は、医療用ロボティクスと、当初コネクティビティを想定していなかった機器との間のインターフェースを提供することができます。また、データコネクティビティソリューションは、厳重な管理が必要な環境を監視し、モバイルロボティクスを安全かつ確実に接続することができます。（画像： Digi）

法的要求事項をクリアするためのデータ

データ管理システムの統合により、複数の施設を有する病院ネットワークや独立した病院、診療所、外科センターが、政府および産業界の規制を満たしていることをより効率的に検証することができます。医療用ロボティクスを導入する現場では、統一されたネットワークが構築されている可能性が高く、少なくとも別々のシステムを接続するための標準的な方法は確立されています。また、多くのヘルスケア施設では、すでに迅速な電力供給やデータのバックアップ体制が整っているため、重要な業務にロボット装置を導入することができます。

図7：医療グレード 絶縁トランス は、連続的なノイズフィルタと入力交流からの100％絶縁により、ロボティクスなどの機器のトラブルフリーな動作をサポートします。UL 60601-1医療グレードに準拠し、病院グレードのプラグとコンセントが付属しているため、患者ケアエリアでの電子機器の保護に適しています。（画像： Tripp Lite）

もちろん、医療用ロボティクスには、厳重な物理的セキュリティとサイバーセキュリティが必要です。そのため、ロボットのアクチュエータやコントローラ、ネットワーク、データストレージへのアクセスは厳しく制限され、監視されることがよくあります。産業界、サプライヤ、政府の規制を厳守し、文書化する必要があります。

まとめ

米国では、医療産業のロボティクス導入はこの10年間、衰えることなく続いています。高齢化社会の到来により、病院への依存度が高まる中、こうした投資は今後も継続されるでしょう。やはり、ロボティクスは、多くの日常的なヘルスケア機能において、長期的な運用コストの削減を可能にします。もちろん、最大限の精度と低侵襲性を備えた手術やその他の治療のための最先端のオプションも提供します。

ただし、ロボティクスの導入には、病院のニーズと適切なロボティクスのソリューションの明確なマッピング、非常に厳しい規制要件への対応、長期的な設計サポートが可能な医療サプライヤからの調達が必要であることが挙げられます。少なくとも大規模な病院システムでは、ロボティクスプログラムには、継続的な改善努力を調整するために、自動化の専門知識を持つ専任のリエゾンが必要です。

最終的には、患者さんの安全性や快適性、治療や処置の効率や有効性といった観点からも、医療用ロボットを十分に評価する必要があります。