AUTOMAATIOJÄRJESTELMIEN HYÖDYNTÄMINEN TERVEYDENHUOLLOSSA JA SAIRAALAYMPÄRISTÖSSÄ
Potilaiden hoitoon ja kuntoutukseen liittyvät laitteistot
Kandidaatintyö Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta Tarkastaja: DI Veli-Pekka Pyrhönen Toukokuu 2020
TIIVISTELMÄ
Anu Karjalainen: Automaatiojärjestelmien hyödyntäminen terveydenhuollossa ja sairaalaympäris- tössä
Kandidaatintyö, 29 sivua Tampereen yliopisto
Teknisten tieteiden kandidaatin tutkinto-ohjelma Toukokuu 2020
Automatisointi ja teknologisten ratkaisujen lisääntyminen terveydenhuollossa ja sairaalaympä- ristöissä antavat monia mahdollisuuksia tehokkaammalle sairauksien diagnosoinnille, seurannalle ja hoidolle. Erilaisissa hoitotoimenpiteissä avustava teknologia on hyödyksi niin tarkkuutta vaati- vissa kuin monotonisissakin toimenpiteissä. Tässä työssä tarkastellaan automaatiojärjestelmien ja teknologian hyödyntämistä potilaiden hoidossa keskittyen erityisesti hoitolaitteistoihin. Työn ta- voitteena on tuottaa kattava kooste lääketieteen teknologian nykytilasta sekä sen mahdollisis- ta tulevaisuudennäkymistä. Lisäksi halutaan selvittää, kuinka paljon automaation ratkaisuista on hyötyä potilaan hoidon onnistuvuuden kannalta verrattuna perinteisiin hoitomenetelmiin.
Työ on jaettu osioihin, joissa tarkastellaan lääketieteen automaation historiaa ja kehityksen etiikkaa, nykytilaa, tulevaisuutta sekä teknologisten ratkaisujen käytöstä saatuja hyötyjä. Histo- riallisesti tärkeitä menetelmiä on edelleen laajalti käytössä, joskin menetelmiin perustuvat laitteis- tot ovat kehittyneet ajan mittaan. Terveydenhuollon automatisoinnin ja teknologian lisääntymisen hyödyistä löytyi tilastoja ja esimerkkejä, jotka on esitelty työn loppupuolella. Tämän työn tarkas- telut perustuvat kirjallisuusselvitykseen, jonka lähteinä käytettiin pääasiassa verkossa saatavilla olevia aineistoja meneillään olleen koronapandemian vuoksi.
Tarkastelun tuloksena voidaan osoittaa selkeitä hyötyjä automaation käytöstä hoidon turvalli- suuden parantumisen, hoitotasapainon säilymisen ja hoitomenetelmien parantumisen osalta. Mo- dernit laitteistot antavat hoitohenkilökunnalle enemmän vaihtoehtoja erilaisten hoitotilanteiden rat- kaisemiseksi. Kotihoidossa olevien potilaiden omatoimisuus ja itsenäisyys ovat tärkeitä seikkoja, joihin automatiikkaa hyödyntävät laitteistot tuovat osaltaan ratkaisun. Esimerkiksi liikkumista edis- tävät kuntoutusvälineet sekä hoitotasapainon ylläpitoa helpottavat mittalaitteet ja sensorit lisäävät potilastyytyväisyyttä ja mahdollistavat paremman omatoimisuuden. Kotihoidon laitteistot edistävät potilaiden kuntoutumista parantuneen seurannan ja hoidon optimoinnin kautta.
Avainsanat: sairaalarobotiikka, terveydenhuollon automaatio, terveys, kuntoutus, hoitomenetel- mät
Tämän julkaisun alkuperäisyys on tarkastettu Turnitin OriginalityCheck -ohjelmalla.
ALKUSANAT
Kandidaatintyön aiheen valintaan vaikutti vahvasti oma mielenkiintoni biolääketieteen tek- niikkaa ja siihen liittyvää automaatiota kohtaan. Koen tärkeäksi sen, että automaation ja teknologian avulla voidaan parantaa esimerkiksi kroonisesti sairaiden omatoimisuutta ja yksityisyyttä. Erityisen mielenkiintoisia ovat ne lääketieteen teknologian lukuisat mahdol- lisuudet, joita joko kehitetään tai ei ole vielä keksitty. Olen oppinut valtavasti asioita lää- ketieteen tekniikan monipuolisuudesta ja mahdollisuuksista kandidaatintyötä tehdessäni.
Haluan kiittää erityisesti ohjaajaani Veli-Pekka Pyrhöstä kaikesta tuesta, rakentavasta pa- lautteesta ja aikataulun joustavuudesta. Kielentarkastaja Suvi Pellistä haluan kiittää saa- mistani neuvoista ja kommenteista koskien työtäni. Lämpimät kiitokset myös perheelleni ja ystävilleni, jotka ovat tukeneet minua kandidaatintyöprojektin aikana.
Tampereella, 18. toukokuuta 2020 Anu Karjalainen
SISÄLLYSLUETTELO
1 Johdanto . . . 1
2 Lyhyt katsaus lääketieteellisen tekniikan kehitykseen . . . 3
2.1 Vuodet 1800–1950 . . . 3
2.2 1950-luvun jälkeen . . . 4
2.3 Etiikan merkitys lääketieteen automaation ratkaisujen kehityksessä . . . 6
3 Lääketieteelliset hoitolaitteistot nykypäivänä . . . 7
3.1 Kuvantaminen . . . 7
3.2 Sensorit ja mittalaitteet . . . 8
3.3 Sairaalarobotiikka . . . 11
3.4 Implantit . . . 12
3.5 Kuntoutuslaitteet ja etähoito . . . 13
3.6 Kehityskohteita . . . 16
4 Automaatiolla saavutettuja hyötyjä lääketieteen alalla . . . 19
4.1 Hyötyjä sairaaloissa ja hoitoympäristöissä . . . 19
4.2 Hyötyjä kotioloissa ja seurannassa . . . 20
5 Yhteenveto . . . 23
Lähteet . . . 25
KUVALUETTELO
2.1 Wilhelm Roentgen ja röntgenkuva hänen vaimonsa kädestä [6]. . . 3 2.2 Boulitte-elektrokardiografi vuodelta 1921. Kuvan malli oli ensimmäinen ECG-
laite, jota pystyi kokonsa puolesta käyttämään sängyn vierellä. [8] . . . 4 2.3 Nykyaikainen DNA:n sekvensointi perustuu Leroy Hoodin kehittämään me-
netelmään. Kuvan DNA on sekvensoitu modernilla ABI 3730xl DNA Ana- lyzer -laitteella. [13] . . . 5 3.1 FreeStyle Libre -sensori käsivarressa [21]. . . 9 3.2 SoftBank Roboticsin kehittämät seurarobotit. Vasemmalla NAO ja oikealla
Pepper. [39][40] . . . 15 4.1 Esimerkkihenkilön pitkän ajan verensokeriarvoja ennen ja jälkeen FreeSty-
le Libre -mittausjärjestelmän käyttöönottoa. Henkilöltä on saatu lupa hänen mittaustulostensa käyttöön tässä työssä. . . 21
TAULUKKOLUETTELO
3.1 Kooste eräistä kirurgisiin toimenpiteisiin käytetyistä roboteista ja niiden jul- kaisuvuosista. Kaikille laitteille ei löytynyt tarkkoja vuosia. Perustuu lähtee- seen [29]. . . 11 3.2 Kooste eräistä kuntoutukseen ja etähoitoon käytetyistä automatiikkaa hyö-
dyntävistä laitteistoista ja niiden julkaisuvuosista. Kaikille laitteille ei löyty- nyt tarkkoja vuosia. Perustuu lähteeseen [30]. . . 14 3.3 Kooste erilaisista seuraroboteista ja niiden julkaisuvuosista. Perustuu läh-
teeseen [42]. . . 16
LYHENTEET JA MERKINNÄT
A1c pitkäaikainen veren glukoositasapaino
CT engl. Computed tomography, tietokonetomografia, röntgensätei- lyyn perustuva kuvantamismenetelmä
DNA engl. Deoxyribonucleic acid, deoksiribonukleiinihappo, eliöiden so- lujen geneettinen materiaali
ECG engl. Electrocardiography, elektrokardiografia, menetelmä sydä- men sähköisen toiminnan kuvantamiseen
EEG engl. Electroencephalography, elektroenkefalografia, menetelmä aivosähkökäyrien kuvantamiseen
EMG engl. Electromyography, elektromyografia, menetelmä lihassähkö- käyrien kuvantamiseen
HbA1c pitkän aikavälin verensokeritaso
LED engl. Light-Emitting Diode, hohtodiodi, ledi
MRI engl. Magnetic resonance imaging, magneettikuvaus, menetelmä eri kudosten kuvantamiseen
pH lat. pondus hydrogenii, vedyn potentiaali, happamuus POC engl. Point-of-Care, hoitopaikalla suoritettu toimenpide RF engl. Radio-frequency, radiosignaali
STAR Smart Tissue Autonomous Robot WHO World Health Organization
1 JOHDANTO
Automaatio ja robotiikka ovat yleistyviä ja nopeasti kehittyviä tieteenaloja. Automaation kehitys ja monipuoliset käyttökohteet antavat mahdollisuuden uusiin ongelmanratkaisu- tapoihin laajasti eri aloilla. Eräitä merkittävimmistä automaatiotekniikan ja robotiikan ke- hityskohteista ovat sairaalarobotiikka ja terveydenhuolto; potilaiden hoitoa ja kuntoutusta sekä hoitohenkilökunnan työvälineistöä halutaan kehittää automatiikkaan pohjaavien lait- teiden avulla. Automaation sekä erilaisten hoitoa tukevien laitteiden kehittäminen tukevat vahvasti potilaiden elämänlaadun paranemista.
Maailman terveysjärjestön WHO:n mukaan väestöstä noin 15 %:lla on häiriöitä fyysisen, kognitiivisen ja aistimuksellisen terveyden kanssa sekä mielenterveydellisiä ja käyttäyty- mistieteellisiä ongelmia [1]. Henkilöstä riippuen nämä ongelmat voivat olla niin lyhytaikai- sia kuin kroonisiakin. Etenkin krooniset tai muutoin pitkittyneet sairaudet voivat olla hyvin lamaannuttavia ja vaikuttavat jokapäiväiseen elämään negatiivisesti. Henkilön fyysisen ja etenkin henkisen hyvinvoinnin kannalta omatoimisuus, sen mahdollisuus ja siihen pyr- kiminen ovat tärkeitä. [2] Kyky huolehtia itsestään antaa itseluottamusta ja positiivista energiaa sekä on avuksi kuntoutuksessa.
Automaattisen järjestelmän tai laitteiston käyttäminen potilaan hoidossa tulisi olla perin- teistä hoitotapaa hyödyttävämpää ja/tai tehokkaampaa, jotta se olisi järkevää ja kustan- nustehokasta. Automatiikkaa käytetään sairaanhoidossa monipuolisesti erilaisissa tehtä- vissä, esimerkiksi leikkaushoidossa, kuntoutuksessa, lääkejakelussa ja etähoidossa. Tär- keää on myös se, että automatiikan käyttö hoidossa ei aiheuta liiallisia turvallisuusriskejä eikä onnettomuusvaaraa. Järjestelmien käytön turvallisuuden varmistamiseksi sekä poti- laan ja potilasta hoitavien läheisten ohjeistus, että hoitohenkilökunnan aktiivinen koulutus on tarpeen.
Tässä työssä käsitellään olemassa olevaa terveydenhuollon ja sairaalaympäristöjen au- tomatiikkaa niiltä osin, kun se koskettaa potilaiden hoito- ja kuntoutuslaitteistoja. Alalta on paljon etenkin kansainvälistä kirjallisuutta, joista tähän työhön on koottu tietoa niin lääketieteellisen automaation historiasta, nykytilasta kuin sen tulevaisuudennäkymistä- kin. Erityisesti työssä keskitytään nykytilaan ja sen mahdollisiin kehityskohteisiin sekä automaatiosta potilaalle ja hoitohenkilökunnalle koituviin hyötyihin. Lisäksi automaatio- tekniikkaa ja sen hyödyntämistä lääketieteellisissä sovelluksissa pohditaan lyhyesti myös etiikan näkökulmasta.
Toisessa luvussa esitellään lääketieteen automaation ja teknologian historiaa ja sen ke-
hitysvaiheita. Historiallisesti merkittäviä ja edelleen relevantteja löydöksiä tehtiin jo 1800- luvulla. Monet menetelmät ovat edelleen käytössä, joskin niiden toteutustavat ovat kehit- tyneet ajan mittaan. Lääketieteen automaation nykytilaa esitellään kolmannessa luvussa.
Luku käsittelee aihetta pääasiassa laiteryhmittäin, mutta joitain yksittäisiä esimerkkejä on nostettu esille. Lisäksi joitakin mahdollisia kehityskohteita on ehdotettu luvun lopussa.
Neljäs luku esittelee automatisoinnin lisääntymisen hyötyjä lääketieteellisten ongelmien ratkaisemiseksi. Saavutetuista hyödyistä annetaan esimerkkejä sekä potilaiden että hoi- tohenkilökunnan ja sairaalaympäristön kannalta.
2 LYHYT KATSAUS LÄÄKETIETEELLISEN TEKNIIKAN KEHITYKSEEN
Lääketieteen tekniikalla on pitkä historia jo ennen varsinaista automatisointia. Teknolo- gian ja hoitolaitteistojen kehitys on ollut elintärkeää yksilön ja yhteisön hyvinvoinnin kan- nalta.
2.1 Vuodet 1800–1950
Ensimmäiset tekniset laitteet sairaanhoidollisiin tarkoituksiin tulivat käyttöön 1800-luvun alussa, kun Rene Laënnec kehitti stetoskoopin kuunnellakseen potilaidensa sydämiä [3].
Myöhemmin 1800-luvun puolivälin jälkeen Richard Caton havaitsi aivoaaltoja mitates- saan apinoiden aivoja galvanometrillä. Tämä oli yksi havainto, joka vaikutti myöhemmin elektroenkefalografian (engl. electroencephalography, EEG) kehittämiseen. [4] EEG:llä on ollut suuri merkitys muun muassa epilepsian, aivoinfarktien tai muiden aivojen toimin- taan liittyvien ongelmien diagnosointiin, kuvantamiseen ja seurantaan.
Vuonna 1895 saksalainen Wilhelm Roentgen kehitti röntgensäteen. Tuon keksinnön jäl- keen useat tieteilijät ottivat häneen yhteyttä, jotta röntgensäteitä ruvettaisiin käyttämään lääketieteellisissä tarkoituksissa. Roentgen ei laitetta kehittäessään aavistanut sen mer- kitystä lääketieteelle ja leikkausmenetelmille. Kuvassa 2.1 on esitetty maailman ensim- mäinen röntgenkuva, joka otettiin Wilhelm Roentgenin vaimon kädestä. [5]
Kuva 2.1.Wilhelm Roentgen ja röntgenkuva hänen vaimonsa kädestä [6].
Röntgensäteiden käyttö kuvantamisessa oli merkittävä kehitysaskel ihmisen sisäisten vammojen ja sairauksien diagnosoinnille. Menetelmä, jolla voidaan nähdä selkeitä kuvia esimerkiksi ihmisen luustosta tai erilaisista solupesäkkeistä, on suureksi avuksi hoidon suunnittelussa ja toteutuksessa.
Vuosisadan vaihteen jälkeen lääketieteen tekniikan kehitys kiihtyi nopeasti. Jo 1900-luvun alkupuolella kehitettiin muun muassa sydämen sähköisen toiminnan kuvantamiseen tar- koitettu elektrokardiografia (engl. electrocardiography, ECG) ja aivosähkökäyrien kuvan- tamiseen tarkoitettu EEG. Lisäksi virtsatieongelmien diagnosointia varten kehitettiin lapa- roskopia eli vatsaontelon tähystysleikkaus, sydämenlyöntien tahtia säätelevä sydämen- tahdistin, sähköshokkihoito mielenterveysongelmiin ja dialyysilaite korvaamaan munuai- sen toimintaa kuona-aineiden poistajana. [7]
Kuva 2.2. Boulitte-elektrokardiografi vuodelta 1921. Kuvan malli oli ensimmäinen ECG- laite, jota pystyi kokonsa puolesta käyttämään sängyn vierellä. [8]
Vuonna 1947 kirurgi Claude Beck onnistui ensimmäistä kertaa käynnistämään jo pysäh- tyneen sydämen defibrilaation avulla kesken leikkauksen. Defibrilaatiota oli kokeellisesti testattu jo neljästi aikaisemmin, muttei koskaan hengenpelastustarkoituksessa. Beckin kerrotaan onnistuneen sydämen käynnistämisessä sen vuoksi, että hän pystyi hienosää- tämään tarvittavan tekniikan sekä luomaan laitteiston perusrakenteen. Lisäksi hän osasi kuvailla tarkasti tilanteet, joissa defibrilaattoria tulisi käyttää. [9]
2.2 1950-luvun jälkeen
Sydänsairauksien hoito kehittyi huomattavasti, kun 1900-luvun puolivälin jälkeen kehitet- tiin ensimmäiset sydämentahdistimet ja keinotekoiset sydänimplantit. Ensimmäinen sy- dämentahdistin oli kehon ulkoinen suuri kone, johon potilas oli kytketty. Vuoden päästä tästä käytössä olivat jo kannettavat sydämentahdistimet. Ensimmäisen keinotekoisen sy- dämen kehittivät Paul Winchell ja tohtori Henry Heimlich vuonna 1963. Samoihin aikoi-
hin syntyivät myös mahdollisimman vähän elimistön sisälle ulottuvat leikkausmenetelmät, kannettavat defibrilaattorit ja ultraäänilaitteet [7]. Mobiliteetti ja kannettavuus mahdollisti- vat monipuolisemmat hoitomenetelmät, jolloin potilaita pystyttiin tarpeen vaatiessa hoita- maan myös klinikan ulkopuolella vaativammissa ympäristöissä.
Ennen vuosituhannen vaihdetta tekniikka kehittyi entisestään. Kuvantamismetodeita tu- li lisää: tietokonetomografia (engl. computed tomography, CT) ja magneettikuvaus (engl.
magnetic resonance imaging, MRI) otettiin käyttöön sairauksien diagnosoinnissa ja seu- rannassa. [7] Näitä kuvantamistekniikoita käytetään muun muassa syöpädiagnoosien te- kemiseen ja syövän etenemisen seurantaan, erilaisten sisäelinvaurioiden tutkimiseen se- kä luuston, hermoston ja verenkierron häiriöiden kuvantamiseen.
Sairaalarobotiikan kehitykseen vaikutti erityisesti robotiikan luotettavuus ja liiketarkkuus.
Puma 200 oli ensimmäinen tarpeeksi kätevä teollinen robotti, jota pystyttiin hyödyntä- mään leikkauksissa. Puma 200 ei ollut ihanteellinen käyttötarkoitukseen, mutta se oli ai- kansa parhaiten soveltuva robotti leikkausten avustamistarkoitukseen. Tietokoneohjattu ohjelmoitava Puma 200 valittiin sairaalakäyttöön mukautuvuutensa ja liikeratojensa su- lavuuden ja tarkkuuden perusteella. Ensimmäinen robottiavustettu leikkaus suoritettiin vuonna 1985 52-vuotiaalle miehelle epäilyttävän päävamman vuoksi, jolloin Puma 200 -robottia käytettiin kudosnäytteen ottamiseen potilaan aivoista. [10]
Ihmisen geneettisen materiaalin sisältävä DNA (engl. deoxyribonucleic acid) ja ihmisen genomi ovat jatkuvia ja edelleen kehittyviä tutkimuskohteita. Vuonna 1986 Leroy Hood kehitti ensimmäisen automatisoidun DNA:n jaksotusmenetelmän. Hän kehitti myös au- tomatisoidut peptidi- ja DNA-syntetisaattorit vuonna 1984. [11] Aiemmin sekvensointi ta- pahtui manuaalisesti elektroforeesia ja sen tuloksista otettuja röntgenkuvia hyödyntämäl- lä. DNA:n sekvensointi on erityisen tärkeä menetelmä biotekniikalle ja lääketieteelle, jotta voidaan ymmärtää ihmisen perimään ja periytyvyyteen liittyviä seikkoja. Ihmisen genomin täydellisen kartoituksen ilmoitettiin valmistuneen vuonna 2003 [12].
Kuva 2.3.Nykyaikainen DNA:n sekvensointi perustuu Leroy Hoodin kehittämään mene- telmään. Kuvan DNA on sekvensoitu modernilla ABI 3730xl DNA Analyzer -laitteella. [13]
Yksi merkittävä haaste lääketieteellisen automaation kehitykselle on ollut luotettava tie- donsiirto. Esimerkiksi hoitopaikalla tehtävien POC-testien (engl. point of care) tulosten tiedonsiirtoon vaadittavien yhteyksien hienosäätö ja kehitys vei aikaa 1990-luvun puolivä- listä aina vuosituhannen loppuun saakka [14]. Tiedonsiirron luotettavuus vaikuttaa sekä henkilön yksityisyyteen että turvallisuuteen. Erilaiset mittalaitteet ja muut dataa keräävät laitteistot ovat alttiina ulkopuolisille uhkille, jolloin niiden suojausten tulee olla riittävät. Eri- tyisesti heikosti suojattujen verkkoyhteyksiä käyttävien laitteistojen tietovuodot ovat riski potilasturvallisuudelle. Tietovuotoja estävän suojauksen lisäksi siirrettävän tiedon tulee myös säilyä eheänä tiedonsiirron aikana, eikä sitä saa kadota tietovarastojen välillä.
2.3 Etiikan merkitys lääketieteen automaation ratkaisujen kehityksessä
Automaation ja teknillisten ratkaisujen lisääntyminen terveydenhuollossa nostaa esille ky- symyksiä ratkaisujen luotettavuudesta ja eettisestä käytöstä. Robotiikka on eräs nopeim- min kasvavista osa-alueista lääketieteellisessä laiteteollisuudessa [15]. Automatisoinnin myötä osa vastuusta siirtyy pois hoitajien ja lääkäreiden harteilta.
Lääketieteen automatiikan tasoille on esitetty raamit, joissa automatiikan määrä ja älyk- kyys on jaoteltu kuudelle eri tasolle. Tasolla 0 ei ole automaatiota lainkaan, kun taas esi- merkiksi tasolla 3 järjestelmät ovat ihmisestä riippuvaisia sekä etäohjattavissa ja tasolla 5 ihmistä ei tarvita valvomaan järjestelmän toimintaa lainkaan. [15]
Ihmisen valvonnan vähentyminen luo paineita automatiikan ja tekoälyn riittävälle arvioin- tikyvylle. Avaintekijä täysautomaattiselle järjestelmälle on teknologia, joka on kykenevä kopioimaan erikoistuneen kirurgin liikkeitä [15]. Täysautomaattiset järjestelmät, jotka toi- mivat esimerkiksi sensoreista saamansa datan perusteella, joutuvat tekemään päätöksiä joista potilaan henki voi olla riippuvainen. Toisaalta teknologian hyödyntäminen poistaa mahdollisia inhimillisiä virheitä, kuten äkillisiä virheliikkeitä.
Teknologian kehitys saattaa olla nopeampaa kuin säädösten, lakien ja eettisten näkökul- mien kehitys. Esteiden välttämiseksi riskienhallinta käyttöönoton aikana on välttämätön- tä. [15] Tähän asti ihmisen läsnäolo on ollut välttämätöntä esimerkiksi leikkausrobotiikan käytössä, mutta on mahdollista, että tulevaisuudessa leikkauksia suoritetaan myös täy- sautomaattisilla laitteistoilla.
3 LÄÄKETIETEELLISET HOITOLAITTEISTOT NYKYPÄIVÄNÄ
Monet historiallisista lääketieteen tekniikan keksinnöistä ovat edelleen relevantteja ja jat- kuvassa käytössä. Tästä hyvä esimerkki on röntgensäteilyn käyttö kehon kuvantamiseen.
Laitteistot ovat toki uudistuneet ja automatisoituneet entisestään tekniikan kehityksen myötä, vaikka teoria taustalla onkin sama. Automaation ja robotiikan käyttö ihmistä avus- tavissa sekä ihmisen toiminnan korvaavissa tehtävissä lisääntyy jatkuvasti. Robotiikalla tarkoitetaan yleisesti mekatronisia elektroniikkaa sisältäviä laitteita, joita pystytään ohjel- moimaan niitä varten kehitettyjen ohjelmistojen avulla. Automaattiset laitteistot pystyvät huolehtimaan erilaisista tehtävistä joko täysin itsenäisesti tai ihmisen valvonnan alla.
3.1 Kuvantaminen
Kuvantaminen on oleellinen osa terveydenhuoltoa ja sairauksien diagnosointia. Hoidon suunnittelu ja toteuttaminen saavat kuvantamisen tuloksista tärkeän pohjan onnistuneelle sairaanhoidolle. Tässä osiossa on esitelty yleisimpiä nykyään käytössä olevia kuvanta- mismenetelmiä.
Röntgenkuvausta on käytetty ihmiskehon kuvaamiseen jo kauan ja se on edelleen rele- vantti osa kuvantamista. Se soveltuu erityisesti ympäristöön verrattuna tiheyksiltään eri- laisten kudosten, kuten luiden ja hampaiston kuvantamiseen. Kuvattavaan kudokseen osoitetaan röntgensäteilyä, josta osa menee kudoksen läpi ja osa absorboituu kudok- seen. Säteily siis vaimenee tiettyjen kudosten kohdalla, jolloin läpi päässeestä säteilystä voidaan muodostaa kuva kudosten rakenteista. Nykyaikaisissa röntgenkuvauslaitteistois- sa ei käytetä enää röntgenfilmiä kuvan muodostukseen, vaan kuvan voi tallentaa digitaa- lisesti suoraan tietokoneelle. Tämä vähentää sekä kuvien käsittelyaikoja että kuvantami- seen tarvittavan säteilyn määrää. Kuvien varastointi on myös röntgenfilmien varastointiin verrattuna huomattavasti helpompaa. [16]
CT-kuvaus perustuu myös röntgensäteilyn hyödyntämiseen, mutta lisäksi kuvantamisen tulokset ajetaan vaativien laskenta-algoritmien läpi tietokoneella. Kuvattavasta kohtees- ta otetaan poikkileikkauskuvia, joista voidaan sitten muodostaa kolmiulotteisia malleja potilaan eri ruumiinosista. [17] Tämän kaltaista kuvantamismenetelmää voidaan käyttää monipuolisesti esimerkiksi syövän seurantaan ja diagnosointiin, sekä hoitojen kohdenta- miseen. Varjoaineita käyttämällä voidaan korostaa eri kudosten kontrasteja CT-kuvissa.
Ydinmagneettiseen resonanssiin perustuva MRI on kuvantamismenetelmä, jota käyte- tään erityisesti esimerkiksi aivojen kaltaisten pehmytkudosten kuvantamiseen. Magneet- tikuvauslaitteessa on kela, joka luo magneettikentän potilaan ympärille. Potilas makaa MRI-laitteeseen kuuluvalla makuualustalla, joka voidaan työntää laitteen sisälle. MRI:n etuja ovat sen kyky muodostaa kuvat vapaavalintaisista kuvakulmista, sekä mahdollisuus kudosten vesi- ja rasvapitoisuuksien, hajonnan ja läpivirtausten kuvantamiseen. Lisäksi MRI ei aiheuta ionisoivaa säteilyä toisin kuin esimerkiksi röntgenkuvaus. [18] Magneetti- kuvauksella voidaan tutkia monipuolisesti ja tarkasti esimerkiksi kehon pehmytkudoksia, niveliä, selkärankaa ja pään aluetta.
Isotooppitutkimuksissa potilaan verenkiertoon tai kudoksiin lasketaan radioaktiivista merk- kiainetta eli radioisotooppeja, joiden liikeet voidaan nähdä gammakuvausmenetelmällä otetuista kuvista. Kantajamolekyylit, joihin radioisotoopit on sidottu, avustavat radioiso- toopin ohjaamisessa haluttuun kudokseen. Isotooppikuvausta käytetään esimerkiksi ve- renkierron, erilaisten elimien ja kudosten aineenvaihdunnan sekä reseptorien toiminnan tutkimiseen. [19]
Ultraäänitutkimus eli sonografia perustuu korkeataajuisten ääniaaltojen kaikumiseen ta- kaisin kudoksista. Ääniaallot kohdistetaan kuvattaavaan kohteeseen, josta takaisinpäin kimpoavat ääniaallot napataan kiinni ja niistä voidaan muodostaa reaaliaikainen kuva kohteen tapahtumista. Ultraäänen käyttäminen kuvantamisessa on erittäin monipuolinen sekä turvallinen menetelmä herkkiä kohteita kuvattaessa. Reaaliaikaisuus antaa mahdol- lisuuden nähdä kohteen liikkuvana, jolloin esimerkiksi sydämen, sikiön, lihasten ja veren- kierron tutkimus monipuolistuu ultraäänen ansiosta. [20]
3.2 Sensorit ja mittalaitteet
Erilaiset sensorit ja mittalaitteet ovat tärkeitä potilaan sairauden diagnosoinnin, seuran- nan ja hoidon kannalta. Mittalaitteita on moniin eri tarkoituksiin: potilaille voidaan antaa mittalaitteita hoidon seurantaan kotona tai terveydenhoidon henkilökunta voi tehdä mit- tauksia terveydenhuollon toimipisteissä. Sensoreilla voidaan seurata esimerkiksi potilaan lämpötilaa, verenpainetta, sydämen sykettä, eri aineiden pitoisuuksia veressä, kallon si- säistä painetta sekä kehon sähköisiä impulsseja.
Diabetes on hyvä esimerkki sairaudesta, jonka hoidossa potilaan on pystyttävä seuraa- maan jatkuvasti mittarin avulla omaa vointiaan kotioloissa. Luotettava ja helppokäyttöinen mittalaite on tarpeen sairauksissa, joissa erilaisten arvojen ja pitoisuuksien seuranta on oleellista. Nykyään on käytössä erilaisia sensoreita ja insuliinipumppuja, joiden avulla dia- beteksen hoitoa on pystytty sekä tehostamaan että helpottamaan. Siten myös potilaiden elämänlaatua on voitu parantaa.
FreeStyle Libre on eräs diabeteksen hoitoon suunniteltu mittausjärjestelmä, johon kuu- luu iholle kiinnitettävä pienikokoinen sensori ja vastaanotinlaite. Sensori mittaa säännöl- lisesti verensokeripitoisuuden potilaan verestä ja tallentaa sen automaattisesti. Potilas voi lukea arvot erillisellä vastaanottimella tai älypuhelimella ja saa näin jatkuvaa käyrää
Kuva 3.1.FreeStyle Libre -sensori käsivarressa [21].
päivän verensokeriarvoista. [21] Yksittäisiin päivän aikana tapahtuviin mittauksiin verrat- tuna menetelmä on huomattavasti tarkempi ja sairauden seuranta sekä hoitotasapainon säilyttäminen on helpompaa. Kuvassa 3.1 potilas mittaa verensokeria älypuhelimellaan viemällä puhelimen etälukijan sensorin lähettyville.
Myös ihon alle sijoitettavia sensoreita on jo markkinoilla. Esimerkiksi ihon alle sijoitettava Eversence -sensori vaatii kuitenkin myös ulkopuolisen vastaanottimen, joka kerää tiedot sensorilta. Sensori itsessään on päällystetty bioyhteensopivalla materiaalilla, joten se ei aiheuta hylkimisreaktiota. Asennus tapahtuu pienen viillon kautta, joka paranee yleensä muutamassa päivässä. Sensoria tulee vaihtaa ajoittain, mikä vaatii aina uuden pienimuo- toisen leikkauksen. [22]
Painesensoreilla mitataan kehonsisäisiä paineita, kuten esimerkiksi silmänpainetta, ve- renpainetta tai kallon sisäistä painetta. Verenpainemittarit ovat perinteisesti kehon ulko- puolella olevia laitteita, jotka mittaavat painetta käsivarren ympärille asetetun mansetin avulla. Pitkäaikaiseen käyttöön tarkoitettuja kehonsisäisiä verenpainemittareita on myös kehitetty [23]. Pitkäaikaisella jatkuvalla mittauksella voisi olla mahdollista saada aikaisem- min tietoa alkavista terveysongelmista.
Ultraäänilaitteen käyttö kallon sisäisen paineen mittaamisessa on yleistynyt sen epäin- vasiivisen luonteen vuoksi. Ultraäänilaitteella pystytään tarkastelemaan näköhermon vai- pan halkaisijan ja keskushermoston välistä suhdetta. Näköhermoa ympäröi sama aivo- selkäydinneste kuin aivoja, jolloin mikä tahansa kallon sisäinen paine voidaan havaita myös näköhermosta. [24] Epäinvasiivisuus tässä yhteydessä mahdollistaa kallon sisäi- sen paineen hoidon aloittamisen jo aikaisessa vaiheessa; kallon sisäisen anturin asen- nus vie huomattavasti enemmän aikaa.
Sensimed on kehittänyt painesensorin, jolla voidaan seurata glaukoomasta kärsivien po- tilaiden silmän sisäistä painetta. Silmään asetettu pehmeään piilolinssiin kiinnitetty sen- sori havaitsee sarveiskalvon muodon muutokset. Piilolinssin on sijoitettu venymäanturi, antenni, mikro-ohjain ja telemetriavirtapiiri siten, etteivät ne tule näkökentän tielle. [25]
Perinteisesti silmänpainemittaus tapahtuu terveysasemalla joko silmän pinnan kimmoi- suutta mittaamalla tai sarveiskalvon litistymistä mittaamalla kun sitä painetaan applanaa- tiopainemittarilla.
Ihmiskehon virtauksia, esimerkiksi veren virtausta ja sen häiriöitä, voidaan mitata usei- ta eri menetelmiä hyötykäyttäen. Esimerkiksi ultraäänen käyttö virtausten mittaamisessa on yleistynyt. Virtausta mittaavista laitteista yleisimpiä ovat ultraääneen, elektromagneet- tiseen induktioon ja Doppler -menetelmään perustuvat koettimet ja sensorit. [26] Virtaus- mittauksilla voidaan havaita muun muassa tukkeumia tai ahtautumia verisuonissa virtaus- nopeuksien muutosten perusteella.
Kehon sähköisille toiminnoille on kehitetty erilaisia mittalaitteita. Aivojen sähköistä toi- mintaa voidaan mitata EEG:llä, jossa potilaan pään iholle asetetaan elektrodeja. Potilaan altistaminen erilaisille ärsykkeille kuten vilkkuville valoille, liikkeille ja hyperventilaatiolle ovat tapoja tutkia aivosähkötoiminnan reaktiivisuutta [27]. Sydämen sähköistä toimintaa on mahdollista mitata rintakehän iholle ja raajoihin kiinnitettyjen elektrodien avulla. ECG- laite piirtää sydänsähkökäyrää rekisteröimistään impulsseista. Elektrodien sijainnit kehol- la on standardoitu, jotta ECG:n tulkinta olisi mahdollisimman mutkatonta. [28] Vastaavasti lihasten sähköistä toimintaa mitataan elektromyografialla (engl. electromyography, EMG), jonka avulla voidaan havaita esimerkiksi lihas- ja hermovaurioita.
3.3 Sairaalarobotiikka
Sairaaloiden käytössä oleva automaatio käsittää monenlaisia laitteita ja laitteistoja. Sai- raalarobotiikan piiriin kuuluvat muun muassa leikkausta avustavat robotit, välineistön kul- jetukseen kuuluvat robotit, desinfiointirobotit sekä älykkäät lääkeannostelu- ja jakelurobo- tit.
Taulukkoon 3.1 on koottu erilaisia leikkauskäytössä olevia robotteja ja niiden käyttötar- koituksia. Näistä laitteista sekä Zeus että Da Vinci ovat etäohjattavissa [29]. Da Vinci -leikkausrobotti lieneekin yksi tunnetuimmista leikkausroboteista, joita pystytään etäoh- jaamaan tietokoneella vaikka toiselta puolelta maapalloa. Se kykenee antamaan koh- teesta reaaliaikaisesti kuvamateriaalia sekä esimerkiksi tietoa verisuonista, sappiteistä ja nesteiden virtauksista kudoksissa [30].
Taulukko 3.1. Kooste eräistä kirurgisiin toimenpiteisiin käytetyistä roboteista ja niiden julkaisuvuosista. Kaikille laitteille ei löytynyt tarkkoja vuosia. Perustuu lähteeseen [29].
Laite Käyttötarkoitus Vuosi
Zeus Yleinen kirurgia, rintakehäkirurgia, gyne-
kologiset leikkaukset 1998
Da Vinci Yleinen kirurgia, rintakehäkirurgia, gyne-
kologiset leikkaukset 2000
Inch-worm Kolonoskopia
Probot Eturauhasen hyvälaatuisen liikakasvun
taaksepäinleikkaus 1991
Robodoc Lonkka/polviproteesin kiinnitys 1992
CASPAR Polviproteesin kiinnitys Acrobot Polviproteesin kiinnitys
Minerva Stereotaktinen hermokirurgia 1993
AESOP
Minimaalisesti invasiiviset leikkaukset sormikäyttöisellä ohjausvivulla ohjatulla kameralla
1994
Fips endoarm
Minimaalisesti invasiiviset leikkaukset sormikäyttöisellä ohjausvivulla ohjatulla kameralla
Endoassist MAS kameran ohjaus synkronoitu kirur-
gin pään liikkeiden mukaan 1998
Vatsaontelon tähystys sekä muut minimaalista invasiivisuutta vaativat leikkaukset eivät ole yksinkertaisia automatisoiduillakaan välineistöillä rajoitetun liikkuvuuden ja endos- koopilla saadun kuvan syvyyselementin puuttumisen vuoksi. Da Vinci -leikkausrobotilla pystytään vähentämään näitä ongelmia sen ketterien liikkeiden ja erillisten, kummallekin silmälle erikseen osoitettujen monitorikuvien ansiosta [29]. Erillisillä silmille osoitetuilla kuvilla pyritään jäljittelemään ihmisen syvyysnäköä.
Sairaaloiden tilojen tulisi olla aina äärimmäisen puhtaita, joten ne vaativat jatkuvaa päi- vittäistä desinfiointia ja huoltoa. Desinfiointirobotit ovat laitteistoja, joilla pyritään huolehti- maan sairaalan tilojen puhtaudesta. Desinfiointirobottien avulla tilojen huoltotyömäärää pystytään vähentämään ihmisten osalta. Kansainvälisistä sairaaloista esimerkiksi Los Angelesin lastensairaalassa on käytössä Xenex Germ Zapping Robots -laitteita eli pato- geeneja ja mikro-organismeja tuhoavia desinfiointirobotteja. Laitteet käyttävät UV-valoa tuhotakseen bakteereja, viruksia ja erilaisia sieni- ja itiökasvustoja. Yhden sairaalahuo- neen desinfioimiseen laitteelta menee noin 15 minuuttia. [31]
Sairaalaympäristössä on paljon tarvikkeita ja välineistöä, jota tarvitaan jatkuvasti eri puo- lilla sairaalan tiloja. Logistiset järjestelmät auttavat välineistön organisoinnissa ja kuljetuk- sessa kohteisiin. Jakelurobotit ovat laitteita, jotka kuljettavat sairaalatekstiilejä, välineis- töä, ruokaa, lääkkeitä ja laboratorionäytteitä ympäri sairaalaa. Esimerkiksi Aethonin TUG -robotti kykenee myös kulkemaan hisseillä keskustelemalla niiden teknologian kanssa ja avaamaan ovia. [32] Jakelurobotiikan käyttö edesauttaa hoitohenkilökunnan ajankäytön suunnittelua ja tekee monotoniset sekä toistoa vaativat yksinkertaiset työtehtävät henki- löstön puolesta.
3.4 Implantit
Implanteilla voidaan korvata ihmiskehon eri osia, tai niiden avulla voidaan tukea eri osien toimintaa. Implantin tarkoitus on parantaa yksilön toimintakykyä palauttamalla esimerkiksi kehon liikkuvuutta ja tehokkuutta tai kykyä aistia.
Näköaisti on yksi ihmisen tärkeimmistä aisteista. Näkönsä menettäneen henkilön näköky- vyn osittaiseen palauttamiseen on kehitetty verkkokalvolle sijoitettavia implantteja, joiden avulla henkilön on mahdollista vielä havaita esimerkiksi valaistuseroja ja kontrasteja. Sil- mälaseihin asetettu kamera lähettää kuvaa implantille, joka taas stimuloi näköhermoja si- ten, että kuvan muodostus aivoissa on mahdollista. Implantit on suunniteltu rappeuttavia silmäsairauksia sairastaville potilaille elämänlaadun parantamiseen. Tällaisissa tapauk- sissa yhteys näköhermon ja aivojen näköaistimukseen reagoiva lohko on vielä yhtey- dessä, mutta verkkokalvon toiminta on heikentynyt. Syntymästään asti sokealle tällainen implantti ei tuo apua, sillä näköaistimuksen luomiseen tarvittavat yhteydet eivät ole ke- hittyneet. [25] Ihmisen näkökyky on korvaamaton aisti ja mahdollisuus palauttaa se edes osittaisesti parantaa potilaan elämänlaatua ja kykyä omatoimisuuteen valtavasti.
Optobionics on kehittänyt myös keinotekoisen silikonisen verkkokalvon, joka on itsenäi- nen verkkokalvon alle asennettava implantti. Se saa energiansa valoenergiasta, eikä tar- vitse erillistä ulkoista kameraa. Implantti asennetaan verkkokalvolle ja se toimii luonnolli- sen verkkokalvon tavoin stimuloiden verkkokalvolle tulevia näköhermoja. Implantissa on noin 5000 mikrokokoista valodiodia, jotka vastaanottavat ärsykkeet ulkomaailmasta. [33]
Toinen ihmisen tärkeimmistä aisteista on kuuloaisti. Perinteinen kuulolaite koostuu korvan ulkoisesta mikrofonista ja vahvistimesta, joka vahvistaa ulkoa tulleen signaalin ja osoittaa sen suoraan korvaan. Tällaisesta kuulolaitteesta ei kuitenkaan ole apua tilanteissa, jois-
sa sisäkorvan kuulohermoja stimuloivat karvasolut ovat vahingoittuneet tai tuhoutuneet.
Moderneissa kuulolaitteissa on ulkoisen mikrofonin lisäksi puheentunnistusteknologiaa, RF-tietoja (engl. radio-frequency) lähettävät ja vastaanottavat laitteet sekä sisäkorvaan asennettava pienikokoinen elektrodiryhmä, joka stimuloi kuulohermoa, jolloin sisäkorvan karvasolujen kunnolla ei ole merkitystä. [25]
Sydämen epätasaista toimintaa, erityisesti liian hidasta sykettä, voidaan korjata auto- maattisella potilaan rintakehän ihon alle leikkauksessa asetettavalla sydämentahdistimel- la. Sydämentahdistin auttaa sydäntä sykkimään säännöllisesti ja useammin. Sydämen- tahdistimet voidaan jakaa kolmeen luokkaan: yhden tai kahden lokeron kammiotahdisti- miin tai biventrikulaariseen tahdistimeen. Yhden lokeron tahdistin välittää sähköimpulsse- ja useimmiten sydämen oikeaan kammioon, kahden lokeron tahdistin oikeaan kammioon ja eteiseen ja biventrikulaarinen sekä vasempaan että oikeaan kammioon. Sydämentah- distimia käytetään joko väliaikaisesti esimerkiksi lääkeyliannostuksesta, leikkauksesta tai sydänkohtauksesta johtuvien sydämen häiriöiden korjaamiseen, tai pitkäaikaisesti esi- merkiksi sydämen vajaatoiminnan hoitoon. Laite koostuu ihon alle asetettavasta pulssi- generaattorista ja elektrodeista, jotka välittävät generaattorin tuottaman säätelypulssin sydämen kammioihin. Uudemmat sydämentahdistimet havaitsevat myös potilaan hengi- tystiheyden sekä liikkeet ja kykenevät niiden avulla nostamaan tai laskemaan sydämen sykettä. [34]
Sydämen toimintaa voidaan säädellä myös kehonsisäisellä defibrilaattorilla, joka moni- toroi ja säätelee potilaan sydämen sykettä jatkuvasti. Defibrilaattori voi olla tarpeen, jos potilaalla on vaarallisen korkea tai sekava sydämen syke. Laite lähettää sydämelle säh- köimpulsseja sen havaitessa epänormaalin sykkeen. Sairaalaympäristössä perinteistä defibrilaattoria käytetään esimerkiksi herättämään tiedoton potilas, jonka sydän on py- sähtynyt. Kehonsisäinen defibrilaattori toimii samoin kuin lääkärien käyttämä defibrilaat- torilaite, mutta se monitoroi ja säätelee sykettä itsenäisesti. Defibrilaattori-implantin lähet- tämien sähköimpulssien ei pitäisi tuntua potilaalle juurikaan, ellei ole kyse intensiivises- tä rytmihäiriöstä joka vaatii voimakkaamman sähköimpulssin. Voimakas impulssi saattaa tuntua potkulta rintakehään, mutta tunteen ei tulisi kestää sekuntia kauempaa. [35]
3.5 Kuntoutuslaitteet ja etähoito
Lääkeannostelurobotiikka mahdollistaa lääkkeiden jakamisen potilaille turvallisesti ja hal- litusti sekä sairaalaympäristössä että erityisesti kotihoidossa. Esimerkiksi Evondoksen ajastettu robotti kehottaa ääniopastein ja valomerkillä potilasta ottamaan lääkkeet aina samaan aikaan päivästä ja oikealla annostuksella. Ottamatta jääneistä lääkeannoksista jää merkintä lokitiedostoon, hoitohenkilökunnalle lähetetään hälytys ja lääkkeet siirtyvät lääkesäiliöön, joka on lukittu. Vain hoitavalla taholla on pääsy robotin lääkesäiliöön ja he voivat myös seurata potilaan lääkitystä etänä hallintajärjestelmän kautta. [36]
Potilailla voi olla kotikäytössä avustavia ja kuntouttavia laitteita, jotka mahdollistavat esi- merkiksi paremman liikkuvuuden, lihasten vahvistumisen ja päivittäisten askareiden oma-
toimisen suorittamisen. Nykyaikaiset käsi- ja jalkaproteesit pystyvät lukemaan raajassa jäljellä olevien lihasten signaaleita ja toimimaan niiden perusteella. Proteesi ei siis enää tarkoita vain taipumatonta ja kömpelöä kehoon kiinnitettyä osaa, vaan se voi palauttaa potilaalle monia toiminnallisia ominaisuuksia kuten tarttumisen, tasapainottelun ja par- haimmillaan sen kanssa on myös mahdollista harrastaa jopa vauhdikasta urheilua. Tau- lukossa 3.2 on esitelty muutamia erilaisia kuntoutukseen tarkoitettuja robotteja ja tukira- kenteita.
Taulukko 3.2.Kooste eräistä kuntoutukseen ja etähoitoon käytetyistä automatiikkaa hyö- dyntävistä laitteistoista ja niiden julkaisuvuosista. Kaikille laitteille ei löytynyt tarkkoja vuo- sia. Perustuu lähteeseen [30].
Laite Käyttötarkoitus Vuosi
Rheo Prosteettinen polvi 2005
C-leg Kevyt prosteettinen hiilikuitujalka, mah-
dollistaa myös urheilun >1992
i-limb Lihasten sähköisiä signaaleja hyödyntävä
prosteettinen käsi 2007
Re Walk Kokonaisvaltaisesti liikkumista avustava
eksoskeleton 2014
Handy 1 Päivittäisissä askareissa avustava robot-
tikäsi/gripperi 1987
I ARM Sähkökäyttöiseen pyörätuoliin integroitu avustava robottikäsi
MyoPro
Käden ja käsivarren kuntoutukseen vah- vistamiseen tarkoitettu puettava käden tukirakenne
2006
Lokomat
Alaraajojen kuntoutukseen tarkoitettu lai- te, jossa on juoksumatto ja jalkoihin koh- distuvaa painoa vähentävä tukijärjestel- mä
Lihasten surkastuminen tai hermostollisten signaalien heikentyminen lihaksille esimerkik- si tapaturmasta johtuvan liikkumiskyvyn rajoittuneisuuden tai halvauksen vuoksi heiken- tää potilaan voimia ja vaatii kuntoutusta. Puettavat tukirakenteet avustavat lihaksia toimi- maan muun muassa keventämällä niiden kuormitusta. Esimerkiksi MyoPro tukirakenne käsivarrelle tulkitsee ihon läpi mittaamiaan EMG-signaaleja ja auttaa siten käden liikutte- lussa [37]. Kävelyn uudelleen opettelu on mahdollista käyttäen siihen suunniteltua kun- toutuslaitetta, joka keventää jalkoihin kohdistuvaa rasitusta tukijärjestelmän avulla, jolloin potilaan on helpompi liikutella jalkoja itse.
Eksoskeletonit eli kehon ulkoiset tukirangat antavat potilaan keholle ylimääräistä voimaa liikkumiseen ja päivittäisten askareiden suorittamiseen. Eksoskeletoneja voi hyötykäyttää myös terveydenhuollon henkilökunnan puolesta muun muassa potilaiden siirtelyssä; tu- kiranka antaa hoitavalle henkilöstölle suuremmat voimat esimerkiksi liikkumisrajoitteisten potilaiden nosteluun ja liikuttamiseen.
Joissain tapauksissa liikkumiskykyä rajoittava tekijä voi johtaa raajan amputoimiseen, jol- loin proteesi on tarpeen. Raajan korvaavat automatiikalla varustetut proteesit, esimerkik- si C-leg, i-limb ja Rheo, tulkitsevat lihaksilta tulevia liikkeitä tai signaaleja ja muodostavat liikkeet niiden mukaisesti. Prosteettisilla raajoilla on monenlaisia toimintoja, kuten esimer- kiksi jarrumekanismeja, mahdollisuus kävellä takaperin, käyttäjän liikkumistavan oppimi- nen ja siihen mukautuminen sekä lihasten heikkoudesta johtuvan kehon epäsymmetrian korjaus. [38]
Fyysisten heikkouksien ja vammojen ohella roboteilla voidaan parantaa ja kehittää yksilön henkistä hyvinvointia. Seura- ja ystäväroboteista voi olla apua esimerkiksi vanhustenhoi- dossa sekä autismin ja dementian hoidossa. Seuraa tarjoavat robotit juttelevat, antavat lohtua ja auttavat näyttämään erilaisia tunteita.
Kuva 3.2.SoftBank Roboticsin kehittämät seurarobotit. Vasemmalla NAO ja oikealla Pep- per. [39][40]
Kuvassa 3.2 oikealla on Pepper-seurarobotti, johon on integroitu useita erilaisia senso- reita havaitsemaan ihmisen liikkeitä, ääniä ja eleitä. Se on maailman ensimmäinen hu- manoidirobotti, joka pystyy tulkitsemaan ihmisen tunnetiloja ja kasvojen ilmeitä. Pepper- robotin kanssa on mahdollista keskustella 15:lla eri kielellä puheentunnistusominaisuuk- sien avulla. Pepper vastaa keskustelukumppaninsa puheeseen äänen, kosketusnäyttön- sä viestien ja LED-valojen (engl. light emitting diode) avulla. [41] Sekä Pepperiä, että sa- man yrityksen ensimmäistä, pienikokoisempaa NAO-robottia voidaan käyttää potilaiden kannustamiseen ja piristämiseen esimerkiksi lääkärin vastaanotolla.
Ihmisten kaltaisten seurarobottien lisäksi seuraroboteista on myös eläimiltä näyttäviä ver- sioita, kuten esimerkiksi robottihylje Paro. Paro-robottia käytetään muun muassa muisti- sairaiden vanhusten hoidossa. Se auttaa vanhuksia rauhoittumaan, näyttämään positiivi- sia tunteita sekä kommunikoimaan paremmin myös hoitohenkilökunnan kanssa [43].
Kuluttajakäyttöön tarkoitettuja seurarobotteja on markkinoilla, mutta varsinaiset lääketie- teelliseen käyttöön soveltuvat seurarobotit ovat toistaiseksi pääasiassa yritysten ja ter- veydenhuollon yksiköiden käytössä. Kuitenkin esimerkiksi lapsille tarkoitettuja keskitty- mistä ja opiskelua avustavia seurarobotteja on tarjolla myös kuluttajille. Taulukkoon 3.3 on koottu muutamia seurarobotteja sekä kuvaukset niiden käyttötarkoituksista.
Taulukko 3.3.Kooste erilaisista seuraroboteista ja niiden julkaisuvuosista. Perustuu läh- teeseen [42].
Laite Käyttötarkoitus Vuosi
Pepper Interaktiivinen tunnetiloja tunnistava hu-
manoidirobotti seuraksi 2014
NAO Interaktiivinen ihmisen kaltainen pieniko-
koinen robotti seuraksi 2004
PARO Interaktiivinen pörröinen hyljerobotti esi-
merkiksi muistisairaiden hoitoon 2001 SAM Pitkäaikaishoidon potilaiden tarkastus-
käynnit sairaalatiloissa 2015
Lynx Interaktiivinen ihmisen kaltainen pieniko-
koinen robotti seuraksi 2017
Buddy Henkilökohtainen avustaja, leikkikaveri
lapsille, kykenee näyttämään tunteita 2014 ROBEAR
Kasvoistaan karhun näköinen sairaanhoi- tajarobotti, joka voi esimerkiksi nostella ja siirrellä potilaita.
>2011
Seuraroboteista suunnitellaan usein ihmisen kaltaisia tai ihmistä muistuttavia hahmoja.
Ihmishahmoon ja sen eleisiin on helppo vastata ja samaistua.
3.6 Kehityskohteita
Kehitysmahdollisuudet lääketieteen automaatiolle ovat miltei rajattomat ihmiskehon moni- puolisuuden ja monimutkaisuuden vuoksi. Tulevaisuuden automaatioratkaisut voivat mah- dollistaa yhä paremmat ja tehokkaammat hoitokeinot erilaisiin sairauksiin ja esimerkiksi tapaturmista koituneisiin vammoihin.
Etäläsnäolorobottien käyttö terveydenhuollossa on vielä kehitteillä. Etäohjattu robotti ky- kenee liikkumaan, auttamaan päivittäisissä askareissa ja sen näytöltä voi ottaa yhteyden esimerkiksi terveydenhuollon ammattilaiseen. Läsnäoloa vaativia toimenpiteitä on tervey- denhuollossa monia. Esimerkiksi Suomessa erityisluvallisten lääkkeiden reseptien saan- ti vaatii käynnin lääkärin vastaanotolla vuosittain, sillä resepti on vain vuoden voimas- sa. Etäläsnäoloroboteilla voisi olla mahdollisuus suorittaa esimerkiksi tämän kaltaisia ta- pauksia kotioloista käsin etäyhteydellä, varsinkin tilanteissa, joissa potilaan liikkuminen on hankalaa. Etäyhteyksiä hyödyntävien robottien käyttäminen lääkärikäynteihin myös esimerkiksi meneillään olevan koronapandemian kaltaisissa poikkeustilanteissa voisi olla kannattavaa, jotta lähikontakteja voitaisiin välttää tartuntavaaran minimoimiseksi.
Etäohjattavia leikkausrobotteja on jo käytetty jopa mannertenvälisissä leikkauksissa. Te- lemanipulaatiolla voidaan toistaa esimerkiksi ihmisen käden ja sormien liikkeitä ja eleitä robottikädellä etäohjatusti. Telemanipulaation avulla voisi siis olla mahdollista toteuttaa aidosti epäinvasiivisia leikkauksia muun muassa ihmisen luonnollisten ruumiinaukkojen
välityksellä. Ongelmana on toistaiseksi ollut vielä leikkauslaitteiston liian suuri koko. [29]
Leikkauksissa hyödynnettäviä automaatiolaitteistoja kehitetään yhä omatoimisemmiksi.
STAR (engl. Smart Tissue Autonomous Robot) on leikkausrobotti, jonka leikkausjälki on testeissä ollut kokeneiden kirurgien tekemää leikkausjälkeä huolellisempaa ja ympärillä olevaa kudosta vähemmän vahingoittavaa. STAR-robotille on tulevaisuudessa tarkoitus opettaa monimutkaisten kolmiulotteisten rakenteiden käsittelyä, mikä vaatii kehitystä lait- teen kameroiden ja leikkausohjelmistojen osalta. [44]
Kehitteillä on ollut myös lisätyn todellisuuden ratkaisu kirurgien käyttöön leikkaustyössä.
Augmedics on kehittänyt kirurgin päähän asetettavan Xvision Spine -järjestelmän, joka mahdollistaa leikkauksen ilman, että kirurgin tarvitsee kääntyä katsomaan kuvantamisda- taa erilliseltä näytöltä. Laitteeseen kuuluvat linssit, joihin kuvantamisdata voidaan tuottaa samanaikaisesti kun kirurgi katsoo leikattavaa kohdetta. Kirurgi näkee siis samanaikai- sesti leikkauskohteen sekä läpikuultavan mallinnetun kuvainformaation kohteesta, jolloin hän voi keskittyä täysin leikattavaan kohteeseen katsomatta muualle. Kirurgin tarkkuuden on sanottu kasvaneen jopa 96,7 %:lla käyttäen Heary–Gertzbein-luokitusta. [45]
Kehonsisäisiä implantteja kehitetään jatkuvasti ja mittalaitteista sekä sensoreista tulee entistä pienikokoisempia. Esimerkiksi kehonsisäinen painemittaus on yleensä epäinva- siivista menetelmää tarkempaa, minkä vuoksi implanttien käytön yleistyminen olisi posi- tiivista mittaustulosten kannalta. Signaalin tarkkuutta ja ajan kanssa tapahtuvaa ajelehti- mista tulisi kuitenkin vielä kehittää. Pitkällä aikavälillä kehon sisällä sijaitsevan sensorin kalibrointi saattaa muuttua asetusarvoista kulumisen ja laitteen ikääntymisen vuoksi, tai sen ympäristö saattaa muuttua alkutilasta. Nämä muutokset saattavat vaikuttaa mittaus- tulosten tarkkuuteen. Sellaiset mittaukset, joita on tehtävä esimerkiksi tietyn kehonosan kohdalla jatkuvasti ja säännöllisesti, on helpompi toteuttaa mittaavalla implantilla kuin jat- kuvilla ulkoisilla sekä mahdollisesti invasiivisilla mittausmenetelmillä. [23]
Kehonsisäisten laitteiden tulee olla bioyhteensopivia eivätkä ne saa aiheuttaa kehossa negatiivista reaktiota tai myrkytystiloja. Biohajoavia silikonipohjaisia kehonsisäisiä senso- reita on kehitetty muun muassa kallonsisäisen paineen mittaamiseen. Biohajoavan sen- sorin etuna on se, ettei kehoon jää bakteereita tai muita epäpuhtauksia pinnoilleen kerää- viä laitteita, eikä hylkimisreaktiosta ole vaaraa. Sensoreita ei ole vielä testattu ihmisillä, mutta niiden toimintaa on tarkasteltu hiirien aivoissa. Painemittauksen lisäksi sensoreil- la voi mitata myös virtauksia, lämpötiloja, liikettä tai pH-arvoa (lat. pondus hydrogenii), jolla ilmaistaan happamuutta. Riippuen materiaalista ja sen paksuudesta sensorin hajoa- minen kehossa kestää jopa viikkoja. Hajoamisesta johtuvan mittaustulosten tarkkuuden heikkenemisen on osoitettu olevan vain muutaman prosentin verran ensimmäisinä päi- vinä. Sensorien sanotaan olevan stabiileja ensimmäiset kolme päivää, jolloin mittauksia voidaan suorittaa. [46] Biohajoavien sensoreiden käytöllä voisi olla valtava määrä sovel- luskohteita erilaisten tilapäisten mutta useasti suoritettavien mittausten toteuttamiseksi.
Lisäksi sensorien poistoon tarvittavien leikkausten ja siten myös infektioriskien määrät laskisivat kun sensoreita ei asennuksen jälkeen tarvitsisi poistaa manuaalisesti.
Ihmiskehon kudoksia on mahdollista uudistaa automatiikkaa hyödyntävillä kehon sisäl- le asennettavilla robotti-implanteilla. Aiheesta on tehty tutkimus, jossa kehitettiin bioyh- teensopivalla materiaalilla päällystetty etäohjattu laite, jolla voidaan stimuloida kudoksen uusiutumista kohdistamalla niihin vetäviä voimia. Laitteella voisi olla mahdollista hoitaa esimerkiksi lyhyen suolen syndroomasta tai ruokatorven atresiasta eli sen jatkuvuuden häiriöstä kärsiviä potilaita. [47] Tutkimuksen mukaan laite voidaan kiinnittää esimerkiksi ruokatorveen laitteessa olevien kiinnitysrenkaiden avulla. Mekaaninen stimulaatio sovel- tuu hyvin tubulaaristen rakenteiden, kuten suoliston, verisuonien ja ruokatorven uudista- miseen. Laitetta testattiin sioilla, jotka pystyivät laitteen käytön ajan syömään ja liikku- maan normaalisti huolimatta ruokatorveen kiinnitetystä robotti-implantista. Tutkimukses- sa tehdyistä testeistä voitiin todeta, että laitteen käytön myötä ruokatorveen on muodos- tunut uutta kudosta, joka vastasi alkuperäistä kudosta. Lisäksi tutkimuksessa havaittiin perinteisiin menetelmiin verrattuna potentiaalisesti vähemmän hoidosta aiheutuneita ku- dosvaurioita ja fibroosia eli arpeutumista.
Japanissa on kehitetty erittäin ohut älykäs ihon kaltainen erittäin joustava ja venyvä näyt- tölaite, jolla voidaan esittää hengittävän iholla olevan elektrodisensorin avulla rekisteröi- dyt sydänkäyrät. Älyiho voi olla langattomasti yhteydessä esimerkiksi älypuhelimeen, jo- hon se voi siirtää dataa. Kyseisellä teknologialla odotetaan olevan monia lääketieteellisiä sovellusalueita ja sen tavoitteena onkin lisätä informaation tavoitettavuutta esimerkiksi vanhusten ja heikkokuntoisten osalta. Laite vaatii kuitenkin vielä kehitystä esimerkiksi ra- kenteen optimoinnin ja suurien ihoalueiden peitettävyyden osalta. [48]
Yksi suurista haasteista kehonsisäisten implanttien kehityksessä on riittävä sähkön tuo- tanto. Toistaiseksi kehonsisäiset implantit tarvitsevat toimiakseen vielä erilliset paristot, mikä lyhentää implanttien käyttöaikaa. Paristojen tarve korostuu erityisesti silloin, kun implantilta on tarkoitus siirtää tietoja langattomasti esimerkiksi älylaitteelle. Energian ke- räämiseen on kehitetty erilaisia menetelmiä hyötykäyttämällä esimerkiksi kehon liikkeitä tai lämpöä. Eräs tutkimuskohteista on ihon läpi tulevan valoenergian käyttö energianläh- teenä ihonalaisten joustavien aurinkopaneelien avulla [49]. Paneelin kykyä kerätä energi- aa ihon läpi testattiin altistamalla paneeli sekä luonnonvalolle, että keinotekoiselle valolle 3 mm:n paksuisen siannahan läpi. Paras sijainti ihonalaiselle aurinkopaneelille oli tutki- muksen mukaan niskassa tai hartian seudulla, joissa valoaltistus on suurinta. Energian keräämiskyvyn testauksen tuloksina ihokerroksen läpi saatiin luonnonvalossa 5–10 % ja keinovalossa 8–10 % verrattuna suoraan valoaltistukseen. Tutkimuksessa tämän todettiin antavan riittävästi energiaa erittäin pienitehoisille virtapiireille.
4 AUTOMAATIOLLA SAAVUTETTUJA HYÖTYJÄ LÄÄKETIETEEN ALALLA
Lääketieteellisiin tarkoituksiin käytettävien robottien ja automaatiojärjestelmien hyödylli- syyttä voidaan mitata esimerkiksi vertaamalla niillä saavutettuja hoitotuloksia perinteisis- tä hoitomenetelmistä saatuihin tuloksiin. Tulosten perusteella voidaan kertoa, onko au- tomaation ratkaisujen käyttö relevanttia erilaisissa hoitotoimenpiteissä ja hoitosuunnitel- missa.
Automatiikan käyttö erilaisissa tehtävissä poistaa monia inhimillisyydestä johtuvia riskejä erityisesti tarkkuutta vaativissa tehtävissä. Robottien liikeradat ovat hyvin tarkkoja, eivät- kä niiden kädet tärise tai tee äkillisiä virheliikkeitä. Robotit ovat väsymättömiä ja kykene- vät huolelliseen työhön vaikka vuorokauden ympäri. Lisäksi esimerkiksi lääkeannostelun virheiltä on mahdollista välttyä automatisoidun annostelun avulla.
4.1 Hyötyjä sairaaloissa ja hoitoympäristöissä
Sairaalarobotiikka avustaa hoitohenkilökuntaa toteuttamaan hoitotoimenpiteitä luotetta- vasti ja tehokkaasti. Leikkausrobotiikan on todettu vähentävän veren menetystä, kipua ja arpeutumista, sekä nopeuttavan parantummista ja laskevan infektioriskiä [50]. Leik- kausrobotit eivät tee inhimillisistä tekijöistä johtuvia virheitä, kuten äkillisiä liikkeitä käsien tärinästä johtuen.
Desinfiointirobottien käytön hyötyjä testattiin lyhyesti Los Angelesin lastensairaalassa vuonna 2017, jolloin todettiin, että robottien käyttö siivouksen avustuksessa vähensi in- fektioriskiä potilailla noin 10 % testatuissa tiloissa. Muissa sairaaloissa pidempiaikaiset testit ovat saavuttaneet jopa 50 %:n laskun infektioissa muun muassa sairaalabaktee- rin ja ohut- sekä paksusuolentulehdusta aiheuttavan clostridium difficile -bakteerin osal- ta. [31] Ultraviolettivalon käyttö tilojen desinfioinnissa antaa mahdollisuuden tuhota myös antibiooteille ja jopa joillekkin desinfiointiin käytetyille kemikaaleille resistentit patogeenit tilojen pinnoilta.
Erilaisten tarvikkeiden, lääkkeiden ja näytteiden kuljettamiseen ja etsimiseen menee hoi- tohenkilökunnalta paljon aikaa. Kuljetusrobotit vähentävät hoitohenkilökunnan työmäärää logistisilla osa-alueilla. Lisäksi jakelurobotit eivät koskaan sairastu tai väsy ja ne voivat toimia vuorokauden ympäri. Jakeluroboteista on siis erityisesti hyötyä ajankäytöllisesti;
sairaalahenkilökunnalle jää enemmän aikaa kiireellisempiin tehtäviin robottien hoitaessa
kuljetustyöt. Aethonin TUG-robotin on myös arvioitu vähentävän kuljetusten kustannuk- sia jopa 80 %:lla [32].
Seura- ja ystävärobotteja käytetään toistaiseksi lähinnä hoitoympäristöissä, joissa ne avustavat potilaita, juttelevat heille ja kykenevät auttamaan yksinkertaisissa askareis- sa. Sosiaalisista seuraroboteista vuonna 2018 tehdyn tutkimuksen mukaan tutkimukseen osallistuneiden kokemista tuntemuksista 85,5 % olivat positiivisia, kuten iloa, läheisyyt- tä ja kommunikoinnin parantumista sekä robottihylkeen että hoitohenkilökunnan kanssa.
Pienessä määrässä tapauksista robotin läsnäolo aiheutti myös, skeptisyyttä, levottomuut- ta tai robotin hylkäämisen. Tutkimuksessa laitteistona käytettiin Paro-robottihyljettä ja tut- kimus suoritettiin haastattelemalla 30 hoitoalan ammattilaista, joiden jo ikääntyneet ja eriasteisesti dementoituneet potilaat käyttivät Paro-robottia hoitonsa yhteydessä. [51]
Toiselle yli 65-vuotiaita henkilöitä sisältävälle kohderyhmälle annettiin Pleo-dinosaurusrobotti hoidettavaksi 15 päivän ajaksi. Tutkimuksesta selvisi, että potilaan yksilöllisellä seuran- tarpeella ja odotuksilla on suuri merkitys siihen, miten vastaanottavainen hän on seura- robottia kohtaan ja kuinka paljon hän voi hyötyä robotista. [51]
4.2 Hyötyjä kotioloissa ja seurannassa
Hoitotasapainon seuraaminen pitkäaikaiskäyttöisillä sensoreilla on osoittanut selkeitä hyö- tyjä kotioloissa. Potilaiden omaseuranta helpottuu, ja tapahtuviin muutoksiin on mahdol- lista reagoida nopeammin.
Sensoreiden käytöstä diabeteksen hoidossa on tehty hypoglykemiaa koskeva tutkimus, jossa 328 tyypin 1 diabetesta sairastavaa potilasta jaettiin kahteen ryhmään: toinen ryh- mä käytti sensoreihin pohjautuvaa mittausmenetelmää ja toinen ryhmä sormenpäämit- tausmenetelmää, jossa verensokeri mitataan sormenpäästä otetusta verinäytteestä mit- taliuskan ja lukijan avulla. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että sensoriin perustuvaa mit- tausmenetelmää käyttävillä potilailla hypoglykemiaa havaittiin ajan suhteen 38 % vähem- män kuin sormenpäämittausmenetelmää käyttävillä potilailla. Yöaikaan mitattuna vastaa- va luku oli 40 %. [52]
Eräs tyypin 1 diabetesta sairastava henkilö kertoi hoitotasapainonsa parantuneen FreeS- tyle Libre -sensorin käyttöönoton jälkeen huomattavasti. Hänen verensokeriarvojaan ver- tailtiin vuosien 2014–2020 mittauksista sekä ennen sensorin käyttöönottoa että sen jäl- keen. Diabeteksen hoitomenetelmässä ei tapahtunut mitään muutoksia vertailuaikana.
Kuvassa 4.1 on esitetty esimerkkihenkilön pitkäaikaisia verensokeriarvoja vuosilta 2014–
2020. Vuoden 2017 joulukuussa hän sai käyttöönsä verensokeria mittaavan Libre-sensorin, jonka arveltiin tällöin parantavan hoitotasapainon ylläpitoa. Sininen käyrä kuvaa pitkän ajan verensokeritasoa mittaavia HbA1c-laboratoriomittauksia ennen Libre-sensorin käyt- töönottoa ja vihreä käyrä kuukausittaisia veren glukoositasapainoa kuvaavia A1c-arvioita FreeStyle Libre -ohjelmiston raporteista. Kuvasta voidaan todeta, että punaisen käyrän osoittama mittausten vuosikeskiarvo ennen sensorin käytön aloittamista oli huomatta-
Kuva 4.1. Esimerkkihenkilön pitkän ajan verensokeriarvoja ennen ja jälkeen FreeStyle Libre -mittausjärjestelmän käyttöönottoa. Henkilöltä on saatu lupa hänen mittaustulos- tensa käyttöön tässä työssä.
vasti korkeampi kuin sensorin käytön aloittamisen jälkeen. Diabeetikon verensokerin ta- voitearvo on Käypä hoito -suositusten mukaan alle 53 mmol/mol [53]. Sensorin käytöstä on siis ollut selkeää hyötyä ja henkilön verensokeriarvot ovat nykyään keskimääräisesti paljon lähempänä tavoitearvon ylärajaa. Joinakin kuukausina tavoitearvo on jo saavutet- tu.
Lääkeannostelu kotihoidon piirissä voi olla muun muassa ajallisesti haastavaa, sillä hoita- jan on mahdotonta olla useassa paikassa yhtäaikaa. Monet lääkkeet tulisi kuitenkin ottaa päivittäin ja aina samaan kellonaikaan. Palvelukeskus Helsinki on aloittanut Evondok- sen kanssa pilottihankkeen, jossa lääkeannostelurobotiikkaa jaetaan kotihoidon potilaille annostelemaan lääkkeet aina oikeaan aikaan. Palvelun on todettu parantaneen potilas- turvallisuutta muun muassa sen hälyttäessä jos asiakas ei ota lääkkeitään, sekä lisän- neen hoitajien aikaa asiakkaan kanssa. [36] Koronatilanne on kiihdyttänyt Evondoksen lääkeannostelurobotin käyttöönottoa Helsingissä, sillä lääkeannostelurobotiikka osaltaan edistää myös lähikontaktien minimoimista.
Automatisoitujen proteesien hyödyllisyydestä ja käyttömukavuudesta verrattuna perintei- siin proteeseihin on tehty tutkimus, jossa perinteinen jalkaproteesi korvattiin mikropro- sessoriohjatulla C-leg-proteesilla. [54]. Tutkimukseen osallistui 13 jalkaproteesia käyttä- vää henkilöä, jotka käyttivät C-leg-proteesia tutkimuksen aikana 2–44 kuukautta. Tulok-
set osoittivat hyötyjä energiankulutuksen, esteiden ohittamisen ja elämänlaadun kannal- ta. Hapen kulutus liikkuessa oli C-leg-proteesia käyttäessä pienempi, eli se rasitti käyttä- jäänsä tavallista proteesia vähemmän. Esteiden ylittämiseen ja liikkumiseen kului C-leg- proteesin kanssa vähemmän aikaa ja askeleita, jolloin toiminta on tehokkaampaa.
5 YHTEENVETO
Työn tavoitteena oli laatia tiivistävä kooste lääketieteen automaation historiasta, nykytilas- ta, kehityskohteista ja sillä saavutetuista hyödyistä potilaiden hoitoon ja hoitoympäristöön kuuluvien laitteistojen osalta. Lääketieteen automaatio on alana erittäin laaja ja jatkuvas- ti kehittyvä, joten informaation koostaminen tämän työn mittakaavassa yhteen tiiviiseen pakettiin on haastavaa. Tässä työssä annettiin kuvauksia erilaisista hoitoihin käytettyistä laitetyyppeistä sekä annettiin myös esimerkkejä tärkeiksi koetuista yksittäisistä laitteista.
Lääketieteen tekniikalla on pitkä historia, mutta varsinainen automatisointi alkoi vasta tie- tokoneiden tultua osaksi hoitolaitteistoja. Historiallisesti merkittäviä tutkimusmenetelmiä on edelleen päivittäisessä käytössä: esimerkiksi röntgenkuvausta käytetään edelleen päi- vittäin erilaisten diagnoosien ja tarkastusten tekemisen apuna.
Automatiikan lisääminen hoitomenetelmiin ja perinteisten hoitokeinojen korvaaminen ro- botiikalla vaikuttavat hoitotuloksiin yleisesti ottaen positiivisesti. Automatiikka tuo toki myös haasteita tiettyihin hoitotoimenpiteisiin. Esimerkiksi ikääntyvien ihmisten voi olla toisinaan vaikea sopeutua uusiin laitteistoihin, jolloin niiden käytettävyyden tulee olla mahdollisim- man vaivatonta.
Sisäiset sensorit voivat olla tietyissä tapauksissa tarkempia kuin perinteisillä menetelmillä suoritetut mittaukset. Kehonsisäisten sensoreiden kehitys on jatkuvaa ja perinteisille me- netelmille halutaan löytää helppokäyttöisempiä vastineita. Erityisesti invasiivisia mittaus- ja hoitomenetelmiä halutaan karsia hoitotoimenpiteistä korvaamalla ne epäinvasiivisilla menetelmillä. Työssä havaittiin, että verrattuna perinteisiin hoitomenetelmiin hoitotasa- painon ylläpito ja parantaminen pitkäaikaisesti kiinnitettävillä sensoreilla on todistetusti helpompaa esimerkiksi diabeetikon verensokeriarvojen seurannassa.
Potilasturvallisuutta voidaan parantaa automatiikalla sekä sairaalaympäristössä että ko- tioloissa esimerkiksi tilojen puhtaanapidon ja lääketurvallisuuden kannalta. Lääkeannos- telijarobotit pitävät huolta lääkkeiden oikea-aikaisesta otosta ja hälyttävät hoitohenkilö- kunnalle, jos lääkkeet jäävät ottamatta. Tilojen puhtaudesta huolehtivat desinfiointirobotit taas voivat laskea infektioiden määrää sairaaloissa jopa 50 %:lla.
Kehityskohteita lääketieteen automaatiolla on valtavasti. Älykkäät sensorit sekä muut äly- teknologiaa hyödyntävät laitteet, omatehoisuus ja esimerkiksi kudosten kehonsisäinen uusiutuminen automatiikan avulla ovat alueita, joilla on tehty paljon mielenkiintoisia tutki- muksia uusista menetelmistä.
Näyttäisi myös siltä, että tulevaisuudessa robotiikalla olisi mahdollista korvata esimerkiksi leikkaushenkilökuntaa robottien leikkausjäljen ollessa huippukirurgien leikkausjälkeä tar- kempaa ja ympäröivää kudosta vähemmän vahingoittavaa. Täysautomaattisia leikkaus- laitteistoja ei vielä ole, mutta entistä omatoimisempia sairaalarobotteja kehitetään jatku- vasti. Etäohjatut leikkaukset ja etäläsnäoloa hyväksikäyttävät laitteet tulevat kuitenkin to- dennäköisesti yleistymään tulevaisuudessa.
LÄHTEET
[1] World Report on Disability. WHO. 16. lokakuuta 2018. URL: https : / / www . who . int/disabilities/world_report/2011/report/en/(viitattu 03. 03. 2020).
[2] L. D. Riek. Healthcare robotics.Communications of the ACM 60.11 (2017), 68–78.
[3] G. Wennergren. René Laennec and the origins of the stethoscope.Acta Pædiatrica 107.7 (2018), 1118–1119.
[4] A. Coenen ja O. Zayachkivska. Adolf Beck: A pioneer in electroencephalography in between Richard Caton and Hans Berger. Advances in Cognitive Psychology 9.4 (2013), 216–221.
[5] L. H. Toledo-Pereyra. X-Rays Surgical Revolution.Journal of Investigative Surgery 22.5 (2009), 327–332.
[6] G. Levin.Roentgen’s x-ray of his wife’s hand.flickr. CC BY 2.0. Creative Commons Corporation is not a law firm and does not provide legal services. Distribution of this license does not create an attorney-client relationship. Creative Commons provides this information on an ”as-is” basis. Creative Commons makes no warranties regar- ding the information provided, and disclaims liability for damages resulting from its use. Linkki lisenssiin: https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/legalcode.URL: https://www.flickr.com/photos/golanlevin/18673873274/in/photostream/
(viitattu 29. 03. 2020).
[7] Milestones in Medical Technology. New York Times. 10. lokakuuta 2012.URL:https:
//archive.nytimes.com/www.nytimes.com/interactive/2012/10/05/health/
digital-doctor.html#/#time15_360(viitattu 04. 03. 2020).
[8] DrFO.Tn.Electrocardiograph by Boulitte, France 1921. Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0 Creative Commons Corporation (”Creative Commons”) is not a law firm and does not provide legal services or legal advice. Distribution of Creative Com- mons public licenses does not create a lawyer-client or other relationship. Crea- tive Commons makes its licenses and related information available on an ”as-is”
basis. Creative Commons gives no warranties regarding its licenses, any mate- rial licensed under their terms and conditions, or any related information. Crea- tive Commons disclaims all liability for damages resulting from their use to the fullest extent possible. Linkki lisenssiin: https://creativecommons.org/licenses/by- sa/4.0/legalcode. URL:https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=
72091117(viitattu 11. 04. 2020).
[9] S. Timmermans. Hearts Too Good to Die: Claude Beck’s Contributions to Life- Saving.Journal of Historical Sociology 14.1 (2001), 108–131.
[10] Y. S. Kwoh, J. Hou, E. A. Jonckheere ja S. Hayati. A Robot with Improved Absolute Positioning Accuracy for CT Guided Stereotactic Brain Surgery.IEEE Transactions on Biomedical Engineering35.2 (1988), 153–160.
[11] Leroy Edward Hood. Kyoto Prize. URL: https : / / www . kyotoprize . org / en / laureates/leroy_edward_hood/(viitattu 11. 04. 2020).
[12] Human Genome Project(HGP). Britannica Academic. 28. helmikuuta 2020. URL: https://academic- eb- com.libproxy.tuni.fi/levels/collegiate/article/
Human-Genome-Project/2513(viitattu 27. 03. 2020).
[13] Amy Taylor.Raw DNA sequence. flickr. CC BY-NC-SA 2.0 Creative Commons Cor- poration is not a law firm and does not provide legal services. Distribution of this license does not create an attorney-client relationship. Creative Commons provi- des this information on an ”as-is” basis. Creative Commons makes no warran- ties regarding the information provided, and disclaims liability for damages re- sulting from its use. Linkki lisenssiin: https://creativecommons.org/licenses/by-nc- sa/2.0/legalcode. 29. elokuuta 2006. URL: https : / / www . flickr . com / photos / arkadyevna/227697075/(viitattu 12. 04. 2020).
[14] G. Menke. Medical Automation Systems and a Brief History of Point-of-Care Infor- matics.Point of Care: The Journal of Near-Patient Testing & Technology 6.2 (2007), 154–159.
[15] G.-Z. Yang et al. Medical robotics – Regulatory, ethical, and legal considerations for increasing levels of autonomy.Science Robotics 2.4 (2017).
[16] P. J. Ramesh. Digital Applications of Radiography.Middle East Nondestructive Tes- ting Conference & Exhibition. Manama, Bahrain, 2005.
[17] Tietokonetomografia. TAYS. 16. joulukuuta 2019.URL:https://www.tays.fi/fi- fi / palvelut / kuvantamispalvelut / radiologia / tietokonetomografia (viitattu 11. 04. 2020).
[18] A. Fathi Kazerooni, J. M. Pozo, E. V. Mccloskey, R. Saligheh ja A. F. Frangi. Dif- fusion MRI for Assessment of Bone Quality; A Review of Findings in Healthy Aging and Osteoporosis.Journal of Magnetic Resonance Imaging51.4 (2020), 975–992.
[19] Isotooppitutkimukset. HUS.URL:https://www.hus.fi/sairaanhoito/kuvantaminen- ja-fysiologia/tietoa-tutkimuksista/Isotooppitutkimukset/Sivut/default.
aspx(viitattu 11. 04. 2020).
[20] Ultrasound Imaging. Siemens Healthcare. 2020.URL:https://www.medicalradiation.
com/types-of-medical-imaging/other-types-of-medical-imaging/ultrasound- imaging/(viitattu 11. 04. 2020).
[21] FreeStyle Libre. Abbott Oy. Lupa kuvan käyttöön saatu yritykseltä. 2020. URL: https://www.freestyle.abbott/fi- fi/freestyle- libre- jarjestelma.html (viitattu 29. 03. 2020).
[22] Eversence Continuous Glucose Monitoring. Senseonics. 2019.URL:https://www.
eversensediabetes.com/(viitattu 12. 04. 2020).
[23] J. A. Potkay. Long term, implantable blood pressure monitoring systems. Biome- dical microdevices10.3 (2008), 379–392.
[24] P. J. Roque et al. Optic nerve ultrasound for the detection of elevated intracranial pressure in the hypertensive patient.American Journal of Emerency Medicine30.8 (2012), 1357–1363.
[25] D. Fitzpatrick.Implantable electronic medical devices. Academic Press, 2015.
[26] R. Tabrizchi ja M. K. Pugsley. Methods of blood flow measurement in the arte- rial circulatory system.Journal of Pharmacological and Toxicological Methods44.2 (2000), 375–384.
[27] Elektroenkefalografia. HUS. 20. kesäkuuta 2017.URL:https://huslab.fi/ohjekirja/
20369.html(viitattu 24. 04. 2020).
[28] EKG (sydänfilmi). Duodecim. 2020. URL: https : / / www . terveyskirjasto . fi / terveyskirjasto/tk.koti?p_artikkeli=snk03210(viitattu 24. 04. 2020).
[29] I. Mckay-Davies, S. Bann ja A. Darzi. Robotics in surgery.Student BMJ10 (2002).
[30] J. Zhou, X. Ma, Z. Xu ja Z. Qi. Overview of Medical Robot Technology Development.
37th Chinese Control Conference (CCC). Wuhan, China, 2018, 5169–5174.
[31] Germ-Zapping Robots⃝R Help Fight Superbugs (Children’s Hospital Association).
Xenex. 17. syyskuuta 2018.URL:https://www.xenex.com/resources/articles/
germ-zapping-robots-help-fight-superbugs-childrens-hospital-association/
(viitattu 30. 03. 2020).
[32] Autonomous Mobile Robots – Industrial, Healthcare and Hotels. Aethon. 2018.
URL:https://aethon.com(viitattu 13. 04. 2020).
[33] ASR Device. Optobionics. 2014.URL:http://optobionics.com/asrdevice.shtml (viitattu 13. 04. 2020).
[34] Pacemaker. Mayo Foundation for Medical Education and Research. 25. kesäkuuta 2019.URL:https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/pacemaker/about/
pac-20384689(viitattu 24. 04. 2020).
[35] Implantable cadrdioveter-defilrillators (ICDs). Mayo Foundation for Medical Educa- tion and Research. 13. marraskuuta 2019. URL:https://www.mayoclinic.org/
tests - procedures / implantable - cardioverter - defibrillators / about / pac - 20384692(viitattu 24. 04. 2020).
[36] Evondos. Evondos.URL:https://www.evondos.fi(viitattu 13. 04. 2020).
[37] What is a MyoPro Hand, Wrist & Elbow Orthosis? Myomo Inc. 2018.URL:https:
//myomo.com/what-is-a-myopro-orthosis/(viitattu 24. 04. 2020).
[38] Life Without Limitations.Össur. 2020.URL:https://www.ossur.com/en-us(viitattu 14. 05. 2020).
[39] H. Pernea.NAO the robot. flickr. CC BY 2.0. Creative Commons Corporation is not a law firm and does not provide legal services. Distribution of this license does not create an attorney-client relationship. Creative Commons provides this information on an ”as-is” basis. Creative Commons makes no warranties regarding the infor- mation provided, and disclaims liability for damages resulting from its use. Link- ki lisenssiin: https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/legalcode. URL: https : //www.flickr.com/photos/24178047@N06/5382039579(viitattu 13. 01. 2011).
[40] G. Diarmuid. Pepper the Robot from Softbank Robotics at Collision 2017 in New Orleans, Louisiana. flickr. CC BY 2.0. Creative Commons Corporation is not a law firm and does not provide legal services. Distribution of this license does not create an attorney-client relationship. Creative Commons provides this information
