หุ่นยนต์เปลี่ยนกระดูกตะโพก

ไม่แน่ใจว่าเป็นเทคนิคการค้าหรืออย่างไร? ชิ้นส่วนและอุปกรณ์อะไหล่ของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม เมื่อขายแยกชิ้นจะมีราคาแพงมาก ผู้ที่อยู่ในวงการธุรกิจนี้เคยให้ข้อมูลผมว่า แต่ละบริษัทที่ขายหุ่นยนต์จะกดราคาลงมาต่ำสุดๆเพื่อให้ได้งานในขั้นแรกเสียก่อน แล้วค่อยมาทำกำไร ตอนเวลาขายอะไหล่ๆ รวมๆ แล้วเมื่อแยกชิ้นส่วนขาย อาจทำราคาได้ถึง 200%-300 % ของราคาหุ่นยนต์ทั้งตัว

เมื่อเดือนที่แล้ว อุตสาหกรรมผลิตชิ้นส่วนยานยนต์รายใหญ่ของไทย ได้มาขอให้ผมเข้าไปดูหุ่นยนต์อุตสาหกรรมกว่า 70 ตัว ที่ต้องการปรับปรุงโปรแกรมระบบปฏิบัติการ (Operating System) โดยทั่วไปถ้าไม่มีฟังก์ชันพิเศษเพิ่มเติมเข้าไปมากนัก เราสามารถ Upload โปรแกรมใหม่ดังกล่าว ผ่านทาง Serial/Parallel/USB ports เข้าไปที่สมองหุ่นยนต์:ส่วนควบคุม (Controller) แต่ทางบริษัทผู้ขายหุ่นยนต์ใช้วิธีเปลี่ยนทางฮาร์ดแวร์:หน่วยความจำถาวร (Eprom) และกำหนดราคาถึง 15%-20% ของราคาหุ่นยนต์เลยทีเดียว

อันนี้คือเหตุผลที่ผมกล่าวมาโดยตลอดว่า คนไทยต้องพยายามพัฒนาเทคนิคและเทคโนโลยีบางส่วนขึ้นมาใช้เองบ้างแม้จะมีราคาใกล้เคียงและด้อยกว่าของต่างประเทศ ก็ต้องใช้ของไทยและมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนราคาถูกลง หากยึดแต่ “ซื้อคนอื่นอย่างเดียว” จะถูกมัดมือชก “เสียค่าโง่” อยู่ตลอดเวลา จะแข่งขันกับประเทศเจ้าของเทคโนโลยีได้อย่างลำบาก

คุณสมบัติสำคัญของเทคโนโลยีหุ่นยนต์คือความรวดเร็วและแม่นยำ และมี “ความคุ้มค่า” ต่อการลงทุน ซึ่งผมต้องขอขยายความว่าต้องคุ้มค่าทั้งตอนตัดสินใจลงทุนครั้งแรก และต้องประหยัดค่าใช้จ่ายในการดำเนินการด้วยครับ ผมไม่รู้ว่าเป็นความตั้งใจของเจ้าของเทคโนโลยีหรือไม่? ที่ปล่อยให้ระบบการติดต่อสื่อสารระหว่างคนและหุ่นยนต์ (Human-Machine Interface)มีความสลับซับซ้อนเกินความจำเป็นไปมาก ไม่มีลักษณะ “User Friendly” มากนัก และค่าใช้จ่ายต่างๆก็ซ่อนอยู่ในการดูแลรักษาระบบนี้พอสมควร

สำหรับระบบหุ่นยนต์ที่ใช้ในทางการแพทย์นั้น ผู้ออกแบบพัฒนาต้องเอาชนะใจคุณหมอให้ได้ ไม่กล้า “ทำเรื่องง่ายเป็นเรื่องยาก” มิฉะนั้นคุณหมอที่เก่งๆอยู่แล้วอาจไม่ยอมใช้อุปกรณ์หุ่นยนต์เหล่านี้เลยก็ได้ นอกจากนี้ผมเชื่อว่าเรื่องของคุณหมอและการรักษาพยาบาลไม่ใช่เรื่องการค้าขายแต่เป็น “เรื่องอุดมการณ์” ที่ต้องรักษาชีวิตคนไข้ได้อย่างทันท่วงที

ก่อนหน้าผมได้พูดถึงการใช้เทคโนโลยีหุ่นยนต์ในการผ่าตัดมะเร็งลำได้ไปแล้ว วันนี้ขอแนะนำระบบหุ่นยนต์เพื่อเปลี่ยนกระดูกตะโพก ผมได้รับทราบจากคุณหมอหลายท่านว่า สตรีไทยที่มีบุตรธิดาหลายคนเมื่อมีอายุมากขึ้นจะประสบกับปัญหากระดูกผุกร่อนโดยเฉพาะตรงตำแหน่งตะโพก

ทั้งนี้ ในช่วงที่คุณแม่ตั้งครรภ์ลูกๆ ดึงแคลเซียมจากแม่เพื่อเสริมสร้างกระดูกตัวเอง หากไม่มีการทดแทนทางธรรมชาติหรือรับประทานเสริมเข้าไปตามหลักการทางแพทย์ที่ถูกต้องแล้ว มีโอกาสสูงที่ต้องไปรับการผ่าตัดกระดูกตะโพก ตามรูป ตำแหน่งรอยร้าว (Fracture) ส่วนใหญ่ปรากฏอยู่ด้านบนของกระดูก Femur ที่มีลักษณะเป็นหัวทรงกลม (Femoral Head) ทำหน้าที่คล้ายๆกับ Ball Join ในกลไกเครื่องจักรทั่วไป บริเวณนี้นี่เองมีแรงและแรงบิดกระทำอยู่ในปริมาณมากจนความเค้น(Stress)ที่เกิดขึ้นเกินกว่ากระดูกที่ผุกร่อนสามารถรับได้

ก่อนที่จะมีหุ่นยนต์มาช่วยผ่าตัดเรื่องนี้ คุณหมอประสบกับความยุ่งยากในการคว้านโพรงใน Femur ให้มีขนาดพอดีกับ Implant ที่ทำจากโลหะไร้สนิม ที่ต้องทำให้พอดีหรือเหลือช่องว่างไว้นิดหน่อย ก็เพื่อไม่ต้องใส่สารเชื่อมประสาน(Cementless)ระหว่างเนื้อเยื่อ ภายใน Femur กับ Implant ปล่อยให้มีการขยายตัวของเนื้อเยื่อตามธรรมชาติมาประสานเอง มีหลักฐานทางการแพทย์ว่า วิธีนี้ทำให้การวางตัวของ Implant ใน Femur จะเสถียรในระยะยาวกว่าการใส่ซีเมนต์เข้าไป ลักษณะการคว้านด้วยมือนี้ใกล้เคียงกับการใช้ลิ่มตอกสกัดหินหรือปูนในงานก่อสร้าง

แหม..แค่จิตผมนึกถึงก็เสียวแล้วครับ แต่ความเป็นจริงมันไม่ใช่เรื่องความเจ็บปวดขณะนั้น ช่องว่างที่เกิดจากการสกัดด้วยมือมีถึง 1-4 มม. ซึ่งใหญ่เกินไปที่เนื้อเยื่อธรรมชาติจะขยายมาเชื่อมประสานได้ ดังนั้นเวลาเดินจึงไม่หนักแน่นดังธรรมชาติ ผมเดาว่าคงเหมือนกับเราขับรถที่ช่วงล่างหลวมคลอน ความมั่นใจในการขับรถนั้นลดลงไปเยอะเลย

เทคโนโลยีหุ่นยนต์ทำงานด้วยละเอียดถึง 4/1000 นิ้ว ประมาณ 0.1 มม อนุมานว่า หุ่นยนต์ที่ช่วยคว้านโพรงนี้ต้องมีการควบคุมแรงกระทำ ดังนั้นความละเอียดคงอยูประมาณ 0.1 มม ซึ่งถือว่าดีกว่าการใช้มือสกัดถึง 10 เท่าตัว นอกจากนี้ ลักษณะของกระดูก Femur จะมีการบิดตัวในแนวแกนเช่นเดียวกับใบพัดเครื่องบินแต่ไม่มากเท่า หินเจียรที่จับโดยหุ่นยนต์ 6 องศาอิสระ สามารถทำงานตามโปรไฟล์ (Profile) นี้ได้อย่างง่ายดายในขณะที่มือคนทำได้ไม่ดีหรืออาจทำไม่ได้เลย

ผู้เข้าทำการรักษาจะถูกยึดกับเตียงผ่าตัดที่มีตำแหน่งแน่นอน คุณหมอจะใช้เครื่อง CT Scan ในการหาตำแหน่งของ Femur ดังกล่าวในสามมิติ จากนั้นอาศัยภาพซ้อนสามมิติในการหาขนาดและวางตำแหน่งของ Implant ให้เหมาะสมกับขนาดมิติของ Femur ตรงนี้ยังคงต้องอาศัยประสบการณ์คุณหมอ หุ่นยนต์เพียงมาช่วยไม่สามารถมาทดแทนผู้เชี่ยวชาญได้เลย จากนั้นระบบก็จะสร้างโปรไฟล์การเคลื่อนที่และความเร็วของการคว้านโพรง และเพื่อให้การเคลื่อนที่สัมผัสของคนไข้มีผลต่อสมรรถนะของระบบน้อยที่สุด เราจึงฝังหมุดไทเทเนียมใกล้ๆบริเวณ Femur แล้วใช้หมุดดังกล่าวเป็นจุดอ้างอิงในการคำนวณ

ตอนพัฒนาขึ้นใหม่ๆใน ปี ค.ศ. 1993 ใช้สุนัขทดลองไปหลายสิบตัว ตอนนี้ระบบมีมาตรฐานสูงขึ้นและใช้ในเชิงพาณิชย์แล้วครับ แต่ให้ปลอดภัยอย่างไร? พวกเราอย่าไปลองดีกว่าถ้าไม่จำเป็นจริงๆ ขออวยพรให้ท่านผู้อ่านทุกท่าน มีสุขภาพดีทั้งกายและใจ สามารถพิจารณาสิ่งรอบข้างอย่างไม่ติดสมมุติ แต่เป็นไปตามสภาวธรรมจริง โภชังโฆ สติสังขาโต ธัมมานังวิจโย

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th

——————————————————————————————

ข้อมูลจำเพาะของผู้เขียน

     ดร. ชิต เหล่าวัฒนา จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา

     ภายหลังจบการศึกษา ดร. ชิต ได้กลับมาเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี และเป็นผู้ก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม หรือที่คนทั่วไปรู้จักในนาม “ฟีโบ้ (FIBO)” เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการลงทุนทางเทคโนโลยี  การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีประสิทธิภาพ