Co jeśli twoja kolejna operacja została zaplanowana i wykonana przez robota? Zespół Johns Hopkins University pracuje nad przekształceniem tego pomysłu w rzeczywistość.
Koncepcja operacji wspomaganej robotem nie jest nowa: opracowano już kilka systemów i są stosowane w leczeniu pacjentów ludzkich. Jednym z przykładów jest system chirurgiczny Da Vinci, urządzenie laparoskopowe z robotycznymi ramionami, które są zdalnie kontrolowane przez chirurga. Ten system nie jest autonomiczny; robot nie wykonuje żadnych zadań chirurgicznych niezależnie. Opracowano inne systemy robotyczne o wyższych poziomach autonomii, takie jak Tsolution One ® , który wykorzystuje robota do precyzyjnego cięcia kości zgodnie z wcześniej określonym planem. Istniejące autonomiczne systemy robotyczne zostały w dużej mierze wykorzystane do pomocy w operacjach obejmujących twarde tkanki, takie jak wiercenie kości w przypadku implantów bioder lub kolan. Ale systemy te nie były używane do operacji tkanek miękkich, które stanowią unikalne wyzwania, takie jak rozliczanie nieprzewidywalnych ruchów tkanek, które występują, gdy pacjent oddycha lub ograniczenia wielkości narzędzi chirurgicznych.
Teraz badacze finansowani przez Nibib opracowują autonomiczny robot, który może wykonywać operację jelit przy minimalnej pomocy chirurga. Co więcej, robot przewyższył chirurgów ekspertów w porównaniu z przedklinicznymi modelami. Badanie opisujące rozwój tego robota, który pokazuje pierwszą znaną autonomiczną chirurgię laparoskopową tkanki miękkiej, zostało niedawno opublikowane w Science Robotics .
Robot, o nazwie Star (dla inteligentnego autonomicznego robota tkankowego), został opracowany przez dr Axela Kriegera i jego kolegów z Johns Hopkins University. Do tej pory robot został opracowany do wykonywania zespolenia jelitowego; gdzie dwa kawałki jelita cienkiego są szyte razem, tworząc pojedynczy, ciągłej sekcji; pod nadzorem i prowadzeniem chirurga. Krieger wyjaśnił, w jaki sposób robot wykonuje procedurę: Po ręcznie ujawnianiu krawędzi tkanek odsłania krawędzie tkanki robi zdjęcia i opracowuje plan umieszczenia szwu w oparciu o kształt i grubość tkanki. Gdy ludzki operator zatwierdzi plan, gwiazda niezależnie zszywa tkankę razem. Jeśli tkanka deformuje lub przekroczy próg zestawu, Star pyta chirurga, czy należy stworzyć nowy plan chirurgiczny. Proces ten powtarza się, dopóki robot nie zakończy całej procedury.
„Uwzględniając nowatorskie narzędzia do szycia, systemy obrazowania, algorytmy uczenia maszynowego i sterowanie robotyczne, system gwiazd jest przygotowany do przezwyciężenia wyzwań związanych z autonomiczną chirurgią laparoskopową w tkankach miękkich” - powiedział Krieger. „Star może wizualizować scenę chirurgiczną, generować plan chirurgiczny, a następnie wykonać te plany z dużą dokładnością i precyzją”. Zauważył jednak, że gwiazda nie ma zastąpić chirurgów. „Autonomiczne roboty, podobnie jak Star, zostały zaprojektowane do włączenia do chirurgicznego przepływu pracy wraz z chirurgami, zwiększając wydajność precyzyjnych, powtarzających się zadań i ostatecznie poprawiając konsystencję chirurgiczną od pacjenta do pacjenta”.
Aby ocenić, jak dobrze działała gwiazda w porównaniu z chirurgami ekspertów, naukowcy wykorzystali „fantomowe” tkanki jelit jako system modelowy. Krieger wyjaśnił, że syntetyczne jelita cienkie zostało zamontowane na etapie liniowym, który został zaprogramowany do poruszania się tam iz powrotem, który symulował ruchy oddychania, które miałyby miejsce podczas operacji. Również podczas tych eksperymentów tkanka fantomowa była losowo obrócona i zdeformowana, wymagając od gwiazd lub chirurga zatrzymania, przegrupowania i ukończenia procedury. Star pięciokrotnie przeprowadziła procedurę tkanek fantomowych, a czterej chirurgów przeprowadziło zabieg na dwa różne sposoby; dwa razy przy użyciu tradycyjnej manualnej laparoskopii i dwukrotnie przy użyciu innego systemu wspomaganego robota.
W porównaniu z chirurgami ekspertów gwiazda miała mniej błędów i była bardziej spójna w odstępach i głębokości szwu. Ponadto, gdy naukowcy przepłynęli lepką ciecz przez wycięte wnętrzności fantomowe, stwierdzili, że przepływ był najbardziej laminarny (gładki i usprawniony) w tkankach zrekonstruowanych przez gwiazdę, co wskazuje na zespolenie wyższej jakości niż te wykonywane przez ekspertów chirurgów.
Wreszcie wydajność Star oceniono w dużym modelu zwierząt. Anastomozę jelit przeprowadzono na pięciu świń; W przypadku czterech zwierząt procedura przeprowadzono za pomocą gwiazd, a dla piątego zwierzęcia procedurę przeprowadzono za pomocą tradycyjnej manualnej laparoskopii. Podobnie jak w eksperymentach fantomowych, Star popełniła mniej błędów w porównaniu z ekspertem chirurgiem. Ponadto, gdy naukowcy przeanalizowali, jak dobrze wycięte jelit zagoiły się siedem dni po operacji, nie było obserwowalnej różnicy w gojeniu się ran między dwiema różnymi metodami chirurgicznymi.
„Nasze wyniki wskazują, że gwiazda jest bardziej spójna i dokładna niż chirurdzy eksperci podczas wykonywania zadań zszywania” - powiedział Krieger. Zauważył, że ich odkrycia pokazują potencjał autonomicznej robotyki chirurgicznej do demokratyzacji opieki chirurgicznej; co może prowadzić do bardziej przewidywalnych i konsekwentnych wyników pacjentów.
„Podczas gdy wielu może się wahać przed wykonaniem maszyny do wykonania specjalistycznego zadania, które jest tradycyjnie wykonywane przez człowieka, systemy robotyczne mogą potencjalnie poprawić wyniki pacjentów w warunkach medycznych” - powiedział Krieger. „Podobnie jak społeczeństwo przyjęło stopniowy napływ kontroli rejsów, asystentów i funkcji parkingowych w samochodach-co ostatecznie doprowadzi do samochodów samojezdnych-myślę, że zobaczymy podobny postęp w dziedzinie robotyki medycznej”.