การใช้แขนหุ่นยนต์เพื่อช่วยในการผ่าตัดกระดูกสันหลัง

การใช้หุ่นยนต์เพื่อช่วยในการผ่าตัดมีการใช้ในหลายๆประเทศ รวมถึงในประเทศไทย ประโยชน์ของการใช้หุ่นยนต์ช่วยในการผ่าตัดได้แก่การเพิ่มความแม่นยำ และลดเวลาที่ใช้ในการฝึกสำหรับแพทย์ฝึกใหม่ เนื่องจากการกำหนดเป้าหมายในการผ่าตัดและการดำเนินการหลายครั้งอาศัยความชำนาญเฉพาะแพทย์ บางครั้งการใช้หุ่นยนต์ยังช่วยในการลดความล้า อันเนื่องมาจากการผ่าตัดบางประเภทใช้เวลานาน และจำเป็นต้องถืออุปกรณ์ช่วยผ่าตัดที่มีน้ำหนักมาก จึงมีการพัฒนาหุ่นยนต์เพื่อใช้ช่วยในการผ่าตัดมาตลอด แต่เนื่องจากการผลิตหุ่นยนต์ดังกล่าว มีราคาสูง และมีความซับซ้อน บางครั้งได้ถูกออกแบบมาเฉพาะการผ่าตัดในบางประเภทเท่านั้นทำให้มีความจำเป็นที่จะต้องพัฒนาเทคโนโลยีนี้ขึ้นเองในประเทศ ร่วมกับแพทย์ เพื่อทำให้ปรับใช้หุ่นยนต์เพื่อช่วยในการผ่าตัดได้หลายๆประเภท และเป็นไปตามรูปแบบการทำงานที่หลากหลายตามแต่การทำงานในแต่ละแห่ง รวมถึงปัญหาหนึ่งที่มักพบในการใช้หุ่นยนต์เพื่อช่วยในการผ่าตัดคือจำเป็นจำต้องมีคนที่มีความรู้ในทางเทคนิค เพื่อช่วยปรับการทำงานของแขนหุ่นยนต์ เพื่อให้สอดคล้องกับการผ่าตัดหนึ่งๆ รวมถึงทำการบำรุงรักษา เมื่อถึงเวลาอันควร เพื่อป้องกันอันตรายที่จะเกิดกับผู้ใช้งานและผู้ป่วยได้

ในงานวิจัยนี้เป็นการศึกษาและออกแบบการใช้แขนหุ่นยนต์ เพื่อใช้ช่วยในการผ่าตัดกระดูกสันหลัง โดยในเบื้องต้นจะใช้แขนหุ่นยนต์ KUKA รุ่น KR6 R900-2 ในการกำหนดตำแหน่ง เพื่อให้แพทย์เจาะบริเวณที่ต้องการเพื่อให้มีความแม่นยำที่สุด เพื่อทำการผ่าตัดกระดูกสันหลังแบบ minimal invasive ทั้งนี้การกำหนดตำแหน่งดังกล่าวจำเป็นต้องอาศัยการใช้ภาพถ่ายจาก Fluoroscope เพื่อดูตำแหน่ง และหลังจากนั้นแพทย์จะใช้แขนหุ่นยนต์เพื่อหาตำแหน่งบนร่างกายของผู้ป่วย เพื่อทำการทำ X-ray ซ้ำ ซึ่งการใช้แขนหุ่นยนต์นี้จะช่วยให้แพทย์และพยาบาลลดปริมาณการรับรังสี X-ray ในระหว่างการทำหัตถการนอกเหนือจากการกำหนดตำแหน่ง

โดยการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์จะถูกขับเคลื่อนผ่านกระบวนการประกอบที่ซับซ้อนผ่าน Robot Operating System หรือ ROS ในการสื่อสาร และควบคุมการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์ในกระบวนการประกอบทั้งหมดโดยออกคำสั่งด้วยชุดคำสั่งภาษาไพทอน (Python) ควบคู่กับการใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ควบคุมกริปเปอร์รุ่น HRC-03-118505 Zimmer ซึ่งใช้ในการถือเครื่องมือ รวมถึงจำลองการทำงานของแขนหุ่นยนต์เสมือนบนจอภาพในโปรแกรม RViz แบบเรียลไทม์ ซึ่งบทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อควบคุมแขนหุ่นยนต์ในการติดตามและกำหนดตำแหน่งเพื่อใส่ minimal invasive tool ในสถานการณ์จริงจากตำแหน่งการประกอบที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ รวมถึงวิเคราะห์การวางแผน และพิกัดการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์ โดยใช้วิธีคำนวณจลนศาสตร์แบบไปข้างหน้า (Forward Kinematics) ผ่านโปรแกรม MATLAB ในการตรวจสอบความแม่นยำของจุดปลายของกริปเปอร์ (End Effector) ในรูปแบบค่าพิกัดคาร์ทีเซียนจากจุดที่กำหนดผ่านการควบคุมแขนหุ่นยนต์ไปยังตำแหน่งที่ต้องการด้วยตนเองแล้วบันทึกค่ามุมของข้อต่อทั้ง 6 ไว้ในโค้ดภาษาไพทอน (Python) เทียบกับพิกัดที่จุดปลายของแขนหุ่นยนต์จริงในการกระบวนการประกอบผ่าน KUKA smartPAD โดยแขนหุ่นยนต์สามารถทำการกำหนดตำแหน่งในสถานการณ์จริง ณ ตำแหน่งที่ตั้งค่าไว้ในโค้ดไพทอน โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนเฉลี่ยในแนวแกน x, y, z ภายใต้ขอบเขตค่าความคลาดเคลื่อนที่กำหนดการทำงานซ้ำในคู่มือของแขนหุ่นยนต์ที่ 0.02 มิลลิเมตร โดยในระหว่างสั่งการให้แขนหุ่นยนต์ทำการประกอบ