Was ist, wenn Ihre nächste Operation von einem Roboter geplant und durchgeführt würde? Ein Team der Johns Hopkins University arbeitet daran, diese Idee in die Realität umzusetzen.
Das Konzept der roboterunterstützten Operation ist nicht neu: Es wurden bereits mehrere Systeme entwickelt und werden zur Behandlung menschlicher Patienten eingesetzt. Ein Beispiel ist das DA Vinci -chirurgische System, ein laparoskopisches Gerät mit Roboterarmen, die von einem Chirurgen remote gesteuert werden. Dieses System ist nicht autonom. Der Roboter führt keine chirurgischen Aufgaben unabhängig aus. Andere Robotersysteme mit höheren Autonomie-Maßstäben wurden entwickelt, wie der TSolution One ® , der einen Roboter verwendet, um den Knochen gemäß einem vorgegebenen Plan genau zu schneiden. Bestehende autonome Robotersysteme wurden größtenteils verwendet, um Operationen mit harten Geweben zu unterstützen, wie z. B. das Bohren in Knochen für Hüft- oder Knieimplantate. Diese Systeme wurden jedoch nicht für Weichteiloperationen verwendet, die einzigartige Herausforderungen stellen, z.
Jetzt entwickeln von von Nibib finanzierte Forscher einen autonomen Roboter, der eine Darmoperation mit minimaler Unterstützung eines Chirurgen durchführen kann. Darüber hinaus übertraf der Roboter die Expertenchirurgen im Vergleich zu Kopf-an-Kopf in präklinischen Modellen. Eine Studie, in der die Entwicklung dieses Roboters, der die erste bekannte autonome laparoskopische Weichgewebeoperation zeigt, beschrieben wurde, wurde kürzlich in Science Robotics veröffentlicht.
Der Roboter, Star (für Smart Tissue Autonomous Roboter), wurde von Axel Krieger, Ph.D., und seinen Kollegen an der Johns Hopkins University entwickelt. Bisher wurde der Roboter entwickelt, um eine Darmanastomose durchzuführen, wobei zwei Dünndarmstücke zusammengenäht werden, um einen einzigen kontinuierlichen Abschnitt unter der Aufsicht und Anleitung eines Chirurgen zu bilden. Krieger erklärte, wie der Roboter das Verfahren ausführt: Nachdem der Chirurgen die Gewebekanten manuell ausgesetzt hatte, nimmt Stern Bilder auf und entwickelt einen Plan für die Nahtplatzierung basierend auf der Form und Dicke des Gewebes. Sobald der menschliche Betreiber den Plan zustimmt, näht Stern das Gewebe unabhängig voneinander. Wenn sich das Gewebe verformt oder über einen festgelegten Schwellenwert hinausgeht, fragt Star den Chirurgen, ob ein neuer chirurgischer Plan erstellt werden sollte. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der Roboter die gesamte Prozedur abgeschlossen hat.
"Durch die Einbeziehung neuer Nähwerkzeuge, Bildgebungssysteme, Algorithmen für maschinelles Lernen und Roboterkontrollen ist das Sternensystem ausgestattet, um die Herausforderungen einer autonomen laparoskopischen Operation in Weichteilen zu bewältigen", sagte Krieger. "Star kann eine chirurgische Szene visualisieren, einen chirurgischen Plan erzeugen und diese Pläne mit hoher Genauigkeit und Präzision ausführen." Er bemerkte jedoch, dass Star nicht dazu gedacht ist, Chirurgen zu ersetzen. "Autonome Roboter wie Star sollen neben Chirurgen in den chirurgischen Workflow integriert werden, wodurch die Leistung präziser, sich wiederholender Aufgaben verbessert und letztendlich die chirurgische Konsistenz von Patient zum Patienten verbessert."
Um zu bewerten, wie gut Star im Vergleich zu Expertenchirurgen ausgeführt wurden, verwendeten die Forscher "Phantom" -Darmgewebe als Modellsystem. Der synthetische Dünndarm wurde in eine lineare Stufe montiert, die so programmiert war, dass sie sich hin und her bewegen, erklärte Krieger, was simulierte Atembewegungen, die während der Operation auftreten würden, simulierte. Auch während dieser Experimente wurde das Phantomgewebe zufällig gedreht und deformiert, wodurch Stern oder der Chirurgen das Verfahren innehalten, neu gruppieren und abgeschlossen haben, sagte er. Stern führte das Verfahren auf Phantomgeweben fünfmal durch, und vier Chirurgen führten das Verfahren zwei verschiedene Arten durch, zweimal mit herkömmlicher manueller Laparoskopie und zweimal mit einem anderen Roboter-unterstützten System.
Im Vergleich zu den Expertenchirurgen hatte Star weniger Fehler und war in Nahtabstand und Tiefe konsistenter. Wenn die Forscher durch die resezierten Phantomdarms viskose Flüssigkeit flossen, fanden sie außerdem fest, dass der Fluss in den von Stern rekonstruierten Gewebe am laminarsten (glatt und optimiert) war, was auf eine Anastomose mit höherer Qualität hinweist als die von den Expertenchirurgen durchgeführten.
Schließlich wurde die Leistung von Star in einem großen Tiermodell bewertet. Darmanastomose wurde an fünf Schweinen durchgeführt; Für vier der Tiere wurde das Verfahren über Stern durchgeführt, und für das fünfte Tier wurde das Verfahren über die traditionelle manuelle Laparoskopie durchgeführt. Ähnlich wie bei den Phantom -Experimenten machte Stern im Vergleich zum Expertenchirurgen weniger Fehler. Als die Forscher analysierten, wie gut der resezierte Darm sieben Tage nach der Operation geheilt hatte, gab es keinen beobachtbaren Unterschied in der Wundheilung zwischen den beiden verschiedenen chirurgischen Methoden.
"Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Stern bei der Ausführung von Nähaufgaben konsistenter und genauer ist als Expertenchirurgen", sagte Krieger. Er stellte fest, dass ihre Ergebnisse das Potenzial für autonome chirurgische Robotik zur Demokratisierung der chirurgischen Versorgung zeigen könnten, was zu vorhersehbaren und konsequenteren Patientenergebnissen führen könnte.
"Während sich viele zögern, eine Maschine zu zögern, eine spezielle Aufgabe auszuführen, die traditionell von einem menschlichen Robotersystem ausgeführt wird, können Robotersysteme die Patientenergebnisse in medizinischen Umgebungen verbessern", sagte Krieger. "Genau wie die Öffentlichkeit den allmählichen Zustrom von Tempomat, Lane Assist und Self-Parking-Funktionen in Automobilen angenommen hat, die schließlich zu selbstfahrenden Autos führen werden. Ich denke, wir werden einen ähnlichen Fortschritt auf dem Gebiet der medizinischen Robotik sehen."