E se il tuo prossimo intervento chirurgico fosse pianificato e eseguito da un robot? Una squadra della Johns Hopkins University sta lavorando per trasformare questa idea in realtà.
Il concetto di chirurgia assistita da robot non è nuovo: diversi sistemi sono già stati sviluppati e vengono utilizzati per trattare i pazienti umani. Un esempio è il sistema chirurgico DA Vinci, un dispositivo laparoscopico con bracci robotici che sono controllati a distanza da un chirurgo. Questo sistema non è autonomo-; il robot non svolge compiti chirurgici in modo indipendente. Sono stati sviluppati altri sistemi robotici con livelli più elevati di autonomia, come TSolution One ® , che utilizza un robot per tagliare con precisione l'osso secondo un piano pre-specificato. I sistemi robotici autonomi esistenti sono stati ampiamente utilizzati per aiutare a interventi chirurgici che coinvolgono tessuti duri, come la perforazione dell'osso per gli impianti di anca o ginocchio. Ma questi sistemi non sono stati utilizzati per gli interventi chirurgici dei tessuti molli, che pongono sfide uniche, come la contabilità per movimenti di tessuto imprevedibili che si verificano quando il paziente respira o i limiti di dimensioni degli strumenti chirurgici.
Ora, i ricercatori finanziati con Nibib stanno sviluppando un robot autonomo in grado di eseguire un intervento intestinale con l'assistenza minima da un chirurgo. Inoltre, il robot ha superato i chirurghi esperti se confrontati con i modelli preclinici. Uno studio che descrive in dettaglio lo sviluppo di questo robot, che mette in mostra la prima chirurgia autonoma di tessuto laparoscopico autonomo, è stato recentemente pubblicato su Science Robotics .
Il robot, chiamato Star (per il robot autonomo dei tessuti intelligenti), è stato sviluppato da Axel Krieger, Ph.D. e dai suoi colleghi alla Johns Hopkins University. Finora, il robot è stato sviluppato per eseguire anastomosi intestinale-; in cui due pezzi di intestino tenue sono cuciti insieme per formare una singola sezione continua, sotto la supervisione e la guida di un chirurgo. Krieger ha spiegato come il robot esegue la procedura: dopo che il chirurgo espone manualmente i bordi del tessuto, Star prende immagini e sviluppa un piano per il posizionamento della sutura in base alla forma e allo spessore del tessuto. Una volta che l'operatore umano approva il piano, la stella ricopre indipendentemente il tessuto. Se il tessuto si deforma o si sposta oltre una soglia impostata, Star chiede al chirurgo se è necessario creare un nuovo piano chirurgico. Questo processo viene ripetuto fino a quando il robot non completa l'intera procedura.
"Incorporando nuovi strumenti di sutura, sistemi di imaging, algoritmi di apprendimento automatico e controlli robotici, il sistema stellare è attrezzato per superare le sfide della chirurgia laparoscopica autonoma nei tessuti molli", ha affermato Krieger. "Star può visualizzare una scena chirurgica, generare un piano chirurgico e quindi eseguire quei piani con alta precisione e precisione." Ha notato, tuttavia, che Star non ha lo scopo di sostituire i chirurghi. "I robot autonomi, come Star, sono progettati per essere incorporati nel flusso di lavoro chirurgico insieme ai chirurghi, migliorando le prestazioni di compiti precisi e ripetitivi e, in definitiva, migliorando la coerenza chirurgica da paziente a paziente."
Per valutare quanto Well Star si è esibito rispetto ai chirurghi esperti, i ricercatori hanno utilizzato i tessuti intestinali "fantasma" come sistema modello. L'intestino tenue sintetico è stato montato su uno stadio lineare che è stato programmato per muoversi avanti e indietro, ha spiegato Krieger, che simulava i movimenti di respirazione che si sarebbero verificati durante l'intervento chirurgico. Anche durante questi esperimenti, il tessuto fantasma è stato ruotato in modo casuale e deformato, che richiedeva la stella o il chirurgo per mettere in pausa, raggruppare e completare la procedura, ha detto. Star ha eseguito la procedura sui tessuti fantasma cinque volte e quattro chirurghi hanno eseguito la procedura due modi diversi; due volte usando laparoscopia manuale tradizionale e due volte usando un diverso sistema assistito da robot.
Rispetto ai chirurghi esperti, Star aveva meno errori ed era più coerente nella spaziatura e nella profondità della sutura. Inoltre, quando i ricercatori scorrevano il liquido viscoso attraverso le viscere fantasma resecate, hanno scoperto che il flusso era il più laminario (liscio e snello) nei tessuti ricostruiti da stelle, indicando un'anastomosi di qualità superiore rispetto a quelli eseguiti dai chirurghi esperti.
Infine, le prestazioni di Star sono state valutate in un grande modello animale. L'anastomosi intestinale è stata eseguita su cinque maiali; Per quattro degli animali, la procedura è stata eseguita tramite stella e per il quinto animale, la procedura è stata eseguita tramite laparoscopia manuale tradizionale. Simile agli esperimenti Phantom, Star ha commesso meno errori rispetto al chirurgo esperto. Inoltre, quando i ricercatori hanno analizzato il modo in cui le viscere resecate erano guarite sette giorni dopo l'intervento chirurgico, non vi era alcuna differenza osservabile nella guarigione delle ferite tra i due diversi metodi chirurgici.
"I nostri risultati indicano che la stella è più coerente e accurata dei chirurghi esperti quando si svolgono compiti di sutura", ha affermato Krieger. Ha osservato che i loro risultati dimostrano il potenziale per la robotica chirurgica autonoma per democratizzare la cura chirurgica; che potrebbe portare a risultati dei pazienti più prevedibili e coerenti.
"Mentre molti possono sentirsi titubanti nel fare in modo che una macchina svolga un compito specializzato tradizionalmente svolto da un essere umano, i sistemi robotici hanno il potenziale per migliorare i risultati dei pazienti in contesti medici", ha affermato Krieger. "Proprio come il pubblico ha abbracciato l'afflusso graduale di controllo della velocità di crociera, assistenza per corsie e funzionalità di auto-parcheggio nelle automobili-; che alla fine porterà a auto a guida autonoma-; penso che vedremo una progressione simile nel campo della robotica medica."