Autonominen robotti suorittaa laparoskooppisen pehmytkudoksen leikkauksen minimaalisella kirurgin avulla

Entä jos robotti suunnittelee ja suoritti seuraavan leikkauksen? Johns Hopkinsin yliopiston joukkue pyrkii muuttamaan tämän idean todellisuudeksi.

Robotti-avustetun leikkauksen käsite ei ole uusi: useita järjestelmiä on jo kehitetty ja niitä käytetään ihmispotilaiden hoitoon. Yksi esimerkki on Da Vinci -kirurginen järjestelmä, laparoskooppinen laite, jolla on robottivarret, joita kirurgi hallitsee etäisesti. Tämä järjestelmä ei ole itsenäinen; robotti ei suorita kirurgisia tehtäviä itsenäisesti. Muita robottijärjestelmiä, joilla on korkeampi autonomia, on kehitetty, kuten Tsolution One ® , joka käyttää robottia luun tarkkaan leikkaamiseen ennalta määritetyn suunnitelman mukaisesti. Nykyisiä autonomisia robottijärjestelmiä on suurelta osin käytetty kovien kudosten leikkauksiin, kuten luun poraamiseen lonkan tai polviimplanttien luuhun. Näitä järjestelmiä ei kuitenkaan ole käytetty pehmytkudoksen leikkauksiin, jotka aiheuttavat ainutlaatuisia haasteita, kuten ennakoimattomien kudosliikkeiden huomioon ottaminen, jotka tapahtuvat potilaan hengittäessä, tai kirurgisten työkalujen kokorajoitukset.

Nyt hibibin rahoittamat tutkijat kehittävät autonomista robottia, joka voi suorittaa suolistoleikkauksen kirurgin minimaalisella avulla. Lisäksi robotti ylitti asiantuntijakirurgit verrattuna päästä päähän prekliinisissä malleissa. Äskettäin Science Robotics julkaistiin tutkimuksen, jossa kerrotaan tämän robotin kehityksestä, joka esittelee ensimmäisen tunnetvan autonomisen laparoskooppisen pehmytkudoksen leikkauksen.

Robotin, nimeltään Star (älykäs kudoksen autonominen robotti), kehitti Ph.D. Axel Krieger ja hänen kollegansa Johns Hopkinsin yliopistossa. Toistaiseksi robotti on kehitetty suorittamaan suolen anastomoosi; missä kaksi ohutsuolen palaa ommeltaan yhdessä yhden, jatkuvan osan muodostamiseksi; kirurgin valvonnassa ja ohjauksessa. Krieger selitti, kuinka robotti suorittaa menettelyn: Kun kirurgi paljastaa kudosreunat manuaalisesti, Star ottaa kuvia ja kehittää ompeleen sijoittamisen suunnitelman kudoksen muodon ja paksuuden perusteella. Kun ihmisoperaattori hyväksyy suunnitelman, Star Star itsenäisesti ompelee kudoksen yhteen. Jos kudos muodonmuutos tai siirtyy asetetun kynnyksen ulkopuolelle, Star kysyy kirurgilta, onko uusi kirurginen suunnitelma luoda. Tämä prosessi toistetaan, kunnes robotti suorittaa koko menettelyn.

"Sisällyttämällä uusia ompelutyökaluja, kuvantamisjärjestelmiä, koneoppimisalgoritmeja ja robotti -ohjaimia, tähtijärjestelmä on varustettu voittamaan pehmytkudoksissa olevan autonomisen laparoskooppisen leikkauksen haasteet", sanoi Krieger. "Tähti voi visualisoida kirurgisen kohtauksen, luoda kirurgisen suunnitelman ja toteuttaa sitten suunnitelmat erittäin tarkkuudella ja tarkkuudella." Hän totesi kuitenkin, että tähtiä ei ole tarkoitus korvata kirurgeja. "Autonomiset robotit, kuten Star, on suunniteltu sisällytettäväksi kirurgiseen työnkulkuun kirurgien rinnalla, mikä parantaa tarkkojen, toistuvien tehtävien suorituskykyä ja parantaa viime kädessä kirurgista konsistenssia potilaasta potilaalle."

Arvioidakseen, kuinka hyvin Star suoritti asiantuntijakirurgiin verrattuna, tutkijat käyttivät mallijärjestelmänä "Phantom" -suolikudoksia. Synteettinen ohutsuoli asennettiin lineaariseen vaiheeseen, joka oli ohjelmoitu liikkumaan edestakaisin, Krieger selitti, mikä simuloi leikkauksen aikana tapahtuvia hengitysliikkeitä. Myös näiden kokeiden aikana phantom -kudos pyöritettiin satunnaisesti ja muodonmuutos, mikä vaati Star tai kirurgia keskeyttämään, ryhmittelemään ja suorittamaan toimenpiteen uudelleen, hän sanoi. Star suoritti menettelyn fantomikudoksissa viisi kertaa, ja neljä kirurgia suoritti menettelyn kahdella eri tavalla-kahdesti käyttämällä perinteistä manuaalista laparoskopiaa ja kahdesti käyttämällä erilaista robotti-avustettua järjestelmää.

Asiantuntijakirurgiin verrattuna Starilla oli vähemmän virheitä ja se oli johdonmukaisempi ompeleen etäisyydessä ja syvyydessä. Lisäksi, kun tutkijat virtaavat viskoosista nestettä resektoidun fantom -suolen läpi, he havaitsivat, että virtaus oli Tähtien uudelleenrakentamien kudosten laminaarin (sileä ja virtaviivainen), mikä osoittaa korkealaatuisemman anastomoosin kuin asiantuntijakirurgien suorittamat.

Lopuksi Starin suorituskykyä arvioitiin suuressa eläinmallissa. Suolen anastomoosi suoritettiin viidelle sikalle; Neljälle eläimelle toimenpide suoritettiin tähden kautta, ja viidennelle eläimelle toimenpide suoritettiin perinteisen manuaalisen laparoskopian avulla. Samoin kuin Phantom -kokeet, Star teki vähemmän virheitä asiantuntijakirurgiin verrattuna. Lisäksi kun tutkijat analysoivat kuinka hyvin resektoidut suolet olivat parantuneet seitsemän päivää leikkauksen jälkeen, kahden erilaisen kirurgisen menetelmän välillä ei ollut havaittavissa olevaa eroa.

"Tuloksemme osoittavat, että Star on johdonmukaisempi ja tarkempi kuin asiantuntijakirurgit suoritettaessa ompelutehtäviä", Krieger sanoi. Hän totesi, että heidän havaintonsa osoittavat itsenäisen kirurgisen robotin mahdollisuuden demokratisoida kirurgista hoitoa; mikä voi johtaa ennustettavissa oleviin ja johdonmukaisiin potilaan tuloksiin.

"Vaikka monet saattavat epäröityä siitä, että kone suorittaa erikoistuneen tehtävän, jonka perinteisesti suorittaa ihminen, robottijärjestelmät voivat parantaa potilaan tuloksia lääketieteellisissä olosuhteissa", Krieger sanoi. "Aivan kuten yleisö on omaksunut asteittaisen vakionopeussäätimen, kaista-avustajan ja itsepysäköinnin ominaisuuksien virtauksen autoissa; mikä johtaa lopulta itse ajaviin autoihin; mielestäni näemme samanlaisen etenemisen lääketieteellisen robotiikan alalla."