Robotiserte knoklar

Første biomekaniske robotlab i Skandinavia

Innanfor obduksjonssalen, i kjellaren på Ålesund sjukehus, blir eit skulderledd kopla på ein industrirobot. Første oppdrag er å teste eit nytt kirurgisk inngrep for å stabilisere skuldrer.

Bilde av industrirobot og to ortopeder.

Ortoped Andreas Dalen (framme) og ingeniør Aleksander Skrede (bak) har stått for det meste av oppbygginga av Biomekanisk robotlaboratorium ved Ålesund sjukehus. (Foto: Helse Møre og Romsdal)

Den oransje roboten er plassert midt i laboratoriet. Ein tjukk bunt med leidningar går over sjukehusgolvet. Ved éin vegg står eit stort verktyskap, og ved ein annan vegg er ein dataskjerm kopla til avansert teknologi for kikholsoperasjonar. Dette er ei salig blanding av kirurgi, robotikk, mekanikk og sløyd.

Det biomekaniske robotlaboratoriet ved Ålesund sjukehus er unikt i Skandinavia, og det finst svært få liknande laboratorium i Europa. Ortopedane ved sjukehuset samarbeider med ingeniørar frå NTNU for å få det til.

Presise forsøk
Industriroboten skal legge til rette for presise forskingsforsøk med både kopiar av ledd og ekte ledd. Etter testing med leddkopiar, skal kalde skuldrer – altså heile skuldrer frå avdøde, koplast på. Desse kjem frå menneske som donerte kroppen sin til medisinsk forsking før dei døydde, og menneskeskuldrene skal importerast frå USA.

Ortoped Andreas Dalen hevar stemma medan han fortel om laboratoriet, fordi han må overdøyve den elektriske saga han brukar til å kutte ei plast-etterlikning av eit overarmsbein. Studentar ved NTNU har oppdraget med å 3D-printa knokkelkopiane for ortopedane.

robot med skulderledd.JPG

Eit kunstig skulderledd av 3D-printa knoklar er festa på industriroboten ved Biomekanisk robotlaboratorium ved Sjukehuset i Ålesund. (Foto: Helse Møre og Romsdal)

– Vi treng ein avansert robot til desse forsøka, for å etterlikne dei finjusterte funksjonane i ei skulder, forklarer Dalen.

Han har stått for mykje av arbeidet med å sette opp laboratoriet saman med ingeniør Aleksander Skrede frå NTNU.

– Ein robot passar bra til slik forsking. Den er svært nøyaktig og kan tilpassast fleire ledd, seier Skrede.

Programmerar
Det er ikkje mange ortopediske avdelingar som kan skryte av å ha eigen kontorplass til ingeniør.

– Eg brukar tida oppe på avdelinga til å programmere roboten og gjere testar i ein datamodell eller simulator. Ser testane bra ut, kan eg gå vidare med testar på den fysiske roboten nede i kjellaren, fortel Skrede.

Han har ansvaret for å få den oransje automaten til å bevege seg på rette måten. Den skal få skuldrene og skuldermodellane til å røre seg som dei ville gjort i eit levande menneske, og måle den nøyaktige motstanden i rørslene. Roboten må kalibrerast for kvar enkelt skulder.

skrede_portrett.JPG

– I starten var det uvant å jobbe i eit miljø som dette. Det har vore ein veldig lærerik prosess, fortel Aleksander Skrede, konsulent ved Ortopedisk avdeling ved Sjukehuset i Ålesund, og ingeniør frå NTNU Ålesund. (Foto: Helse Møre og Romsdal)

Ortopedane skal bruke den til å få dei 3D-printa og dei kalde skuldrene til å gå kunstig ut av ledd, og deretter skal dei bruke den til å teste ein ny metode for å fikse problemet.

– Det er mykje som kviler på dine skuldrer, fleipar ortoped Dalen med ingeniør Skrede.

Reiste til Tyskland
Det var skulderprosjekta til ortopedane i Ålesund som utløyste ideen om å etablere eit biomekanisk robotlaboratorium ved sjukehuset.

Tidlegare reiste dei nemleg til Tyskland for å utføre ortopediske, biomekaniske testar ved Labor für Biomechanik und Biomaterialien (LBB), eit forskingslaboratorium som høyrer til Orthopädischen Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover.

Ortopedi-forskarane trengte eit biomekanisk robotlaboratorium for å teste om og eventuelt dokumentere at ein ny kirurgisk metode fungerer og er trygg.

– Vi brukte lang tid på å finne laboratoriet i Hannover, og det vart ein del reising. Etter kvart fekk vi lyst til å etablere eit eige laboratorium her, fortel ortopedane Terje Vagstad og Jan Arild Klungsøyr.

Den nye skuldermetoden, kalla slyngemetoden eller subscalulær slyngeoperasjon, er nemleg utvikla ved Sjukehuset i Ålesund basert på ein idé frå veteran-ortoped Peter Klungsøyr.

Ustabil
Folk som får skuldra si ut av ledd, opplever gjerne etterpå at den kjem ut av ledd på nytt og på nytt. Dette kallast ei ustabil skulder. Skulderkirurgane i Ålesund meiner eksisterande metodar for å stabilisere slike skuldrer ikkje er gode nok.

I dag har standardmetodane høg tilbakefallsrate og nokre av operasjonane har høg vanskegrad med påfølgande risiko for komplikasjonar. Ortopedane i Ålesund vil gjerne bøte på dette. I første omgang er det planlagt tre doktorgrader som skal bygge på robotlaboratoriet, med skulderledd i fokus.


vagstad.JPG

Ortoped Terje Vagstad med eit kirurgisk instrument for kikholsoperasjonar i ledd. Han har tru på at slyngemetoden kan gi folk med ustabile skuldrer ein betre kvardag. (Foto: Helse Møre og Romsdal)

Vagstad skal gjere biomekaniske studiar av ustabile kalde skuldrer som har blitt behandla med slyngemetoden.

– Skuldrer som går ut av ledd er ein hemmande og plagsam tilstand. Den avgrensar dagleglivet fordi instabiliteten gir store restriksjonar på kva ein kan gjere, særleg ved idrettsaktivitetar eller i arbeid, seier han.

Klungsøyr skal også gjere liknande robottestar, i tillegg til at han har starta ein klinisk pilotstudie av den same metoden.

Sene frå kneet
– Slyngemetoden går ut på å hente ei sene frå kneet og feste den til skuldra som ei slynge, forklarer Vagstad.

Slynga går rundt ein muskel og blir som eit ekstra leddband og hjelper til med å halde skuldra på plass, fordi slynga vil stramme seg til når pasienten spenner muskelen for å rotere skuldra.

– Foreløpige resultat viser auka stabilitet i forhold til den vanlegaste stabiliseringsmetoden, og metoden vil medføre vesentleg mindre komplikasjonsrisiko enn andre, vanlege metodar, seier Vagstad.

artroskopi

Med avansert kirurgisk utstyr for kikholsoperasjon skal ortopedane i Ålesund stabilisere ustabile skuldrer ved å sette inn ei slynge. (Foto: Helse Møre og Romsdal)

Inngrepet skal nemleg bli utført ved hjelp av ein form for kikholskirurgi kalla artroskopi. Det betyr mellom anna enklare og tryggare operasjon, mindre smerter etterpå og mindre arr.

Andre ledd
Skulderrørsler er ikkje den einaste typen rørsler roboten kan lære seg å etterlikne. Ortopedane i Ålesund har idear og tankar om både kne- og ankelledd.

Kikholsoperasjon kne.JPG

Kikholsoperasjon på eit kne (preparat).

– Ei rekke norske miljø er nysgjerrige på det vi driv med her, og om vi får det til. Det verkar som fleire har hatt liknande idear tidlegare, men ingen har kome så langt som vi har. Håpet er å bygge opp eit laboratorium som etter kvart kan brukast av leddforskarar frå heile landet, seier Dalen, som også håper å ta ein doktorgrad på laboratoriet med tida.

Samtidig handlar det ikkje berre om å bygge opp eit laboratorium. Det handlar også om å bygge opp eit genuint tverrfagleg kunnskapsmiljø.

Unik kompetanse
– Vi som kirurgar anar ikkje noko om robotar. Det må ingeniøren prøve å lære oss, sjølv om det kan vere tilnærma umogeleg, spøker Dalen.

Han fortel meir alvorleg om utfordringane ved å etablere ei gruppe av folk med ulike fagbakgrunnar, der dei ulike ekspertane har ei viss forståing av det dei andre kan.

– Vi som er ortopedar må lære opp ingeniøren vår i anatomi og skulderkirurgi, seier Dalen.

Han understrekar at ingeniør Skrede er den mest uerstattelege av heile lab-teamet i kjellaren på Ålesund sjukehus. Det er kompetansen hans – som ingeniør med kunnskap om kroppen – som er mangelvaren.

– Det vil vere unikt om vi klarer å bygge opp slik kompetanse her, seier Dalen.

Miljøet har kome langt på veg med å gi ingeniør Skrede mogelegheita til å ta ein doktorgrad i ortopedisk biomekanikk, basert på det nye laboratoriet på sjukehuset. Det vil i tilfellet bli den første doktorgraden som er ei kopling mellom NTNU Ålesund og Ortopedisk avdeling.

Virtuell kirurgi
Webjørn Rekdalsbakken er førsteamanuensis ved Institutt for IKT og realfag ved NTNU Ålesund, og samarbeidspartnar for ortopedane ved sjukehuset. Han fortel at det er 3-4 år sidan han fekk spørsmål om det gjekk an å bygge eit biomekanisk robotlaboratorium i Ålesund.

– Frå ei sped byrjing har dette prosjektet begynt å bli ganske stort. No er det ganske mange som er involvert, seier han.

NTNU har investert rundt 700 000 kroner i utstyr til laboratoriet i kjellaren på sjukehuset.

Ortopedisk avdeling ved Sjukehuset i Ålesund har eit lokalt forskingsfond bygd opp over mange år med oppdragsforsking, og for å få til laboratoriet har dei brukt opp mot éin million kroner frå dette fondet.

– I tillegg har dei involverte legane gjort mykje av arbeidet på fritida, fortel Erland Hermansen, fagansvarleg overlege for ortopedisk forsking ved sjukehuset.

Ortopedane og ingeniørane ønsker også å bygge ein simulator for virtuell kirurgi på ledd. Saman med Helse Møre og Romsdal og Sunnmøre MR-klinikk har Institutt for IKT og realfag og Fakultet for ingeniørvitskap ved NTNU Ålesund søkt om midlar til et forskingsprosjekt på dette.

– For oss er dette del av ei strategisk satsing innan området medisinsk teknikk, seier Rekdalsbakken ved NTNU.

Viktig lyspunkt
Dalen skryt av fagansvarleg Hermansen, for innsatsen har gjer for å skape rom for denne aktiviteten. Han skildrar forskinga og jobbinga på laboratoriet i kjellaren som eit viktig lyspunkt i kvardagen som ortoped på sjukehuset.

dalen_robot.JPG

Andreas Dalen er ortoped ved Sjukehuset i Ålesund og har sett opp den biomekaniske robotlaben saman med ingeniør Aleksander Skrede. (Foto: Helse Møre og Romsdal)

– På norske sjukehus er det mykje som handlar om økonomi og produksjon no om dagen. Her får eg mogelegheita til å vere kreativ, nysgjerrig og lære nye ting. Leiarar som tør å legge til rette for forsking som del av den kliniske kvardagen, har forstått noko viktig, seier Dalen.

Han håper samarbeidet med NTNU kan bere mange ulike typar frukter.

– No har vi kopla tekniske studentar frå NTNU mot sjukehuset. Kanskje er det også mogeleg at medisinstudentane kan kome i framtida. På lang sikt håper eg at Ålesund sjukehus blir universitetssjukehus, seier Dalen.

Biomekanisk robotlab ved Ålesund sjukehus har offisiell opning onsdag 6. mars 2019.

---

Pressekontakt: Fagansvarleg overlege for ortopedisk forsking, Erland Hermansen, Erland.Hermansen@helse-mr.no, 91513690.

Bileta i saka kan nyttast av presse, og krediterast Helse Møre og Romsdal. For fleire eller større bilete, kontakt rådgjevar Kristin S. Grønli, kristin.straumsheim.gronli@helse-mr.no, 91363007.