W Polsce nie ma chętnych na specjalizację z chirurgii? Naukowcy nie czekają aż ich zabraknie

Ostatnia aktualizacja 28 lipca 2022

Autonomiczna chirurgia za pomocą robotów może potencjalnie zapewnić skuteczność, bezpieczeństwo i spójność niezależnie od umiejętności i doświadczenia chirurgów. Autonomiczne zespolenie jest trudnym zadaniem w chirurgii tkanek miękkich, ponieważ wymaga skomplikowanych technik obrazowania, śledzenia tkanek i planowania chirurgicznego, a także precyzyjnego wykonania za pomocą wysoce adaptacyjnych strategii sterowania, często w nieuporządkowanym i odkształcalnym środowisku. W warunkach laparoskopowych operacje takie stanowią jeszcze większe wyzwanie ze względu na konieczność zapewnienia wysokiej zwrotności i powtarzalności przy ograniczeniach ruchowych i wizyjnych.

Ulepszona strategia autonomiczna pozwala operatorowi wybierać spośród autonomicznie generowanych planów chirurgicznych, a robot samodzielnie wykonuje szeroki zakres zadań. Udoskonalona autonomiczna strategia była już wykorzystana do przeprowadzenia autonomicznej laparoskopowej operacji robotowej in vivo w celu wykonania zespolenia jelitowego na modelach świńskich w ciągu 1-tygodniowego okresu przeżycia. Przy porównaniach kryteriów jakości zespolenia – w tym poprawności umieszczenia igły, odstępu między szwami, rozmiaru końcówki szwu, czasu wykonania, drożności  i ciśnienia przecieku – system autonomiczny był lepszy od ręcznej operacji przeprowadzanej przez doświadczonego Chirurga.

Co by się stało, gdyby Twoja następna operacja została zaplanowana i przeprowadzona przez robota w 100%?

Różne Centra na świecie pracują nad takimi rozwiązaniami i urzeczywistnieniem tego pomysłu a prace posuwają się dosyć szybko w oczekiwanym kierunku. Kto wie co będzie za 6 lat z ich wynikami, może wejdą do powszechnego użycia?

Jednym z takich Ośrodków jest Zespół z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w USA.

Koncepcja chirurgii wspomaganej przez roboty nie jest nowa: opracowano już kilka systemów, które są wykorzystywane do leczenia pacjentów. Jednym z przykładów jest system chirurgiczny da Vinci, urządzenie laparoskopowe z robotycznymi ramionami, które są zdalnie sterowane przez chirurga. System ten nie jest autonomiczny – robot nie wykonuje samodzielnie żadnych zadań chirurgicznych.

Opracowano inne systemy robotyczne o wyższym poziomie autonomii, takie jak TSolution One®, który wykorzystuje robota do precyzyjnego zakładania implantów zgodnie z wcześniej ustalonym planem. Istniejące autonomiczne systemy zrobotyzowane były w dużej mierze wykorzystywane do wspomagania operacji obejmujących twarde tkanki, takich jak wiercenie w kości w celu wszczepienia implantów stawu biodrowego lub kolanowego. Systemy te nie były jednak wykorzystywane do operacji na tkankach miękkich, które wiążą się z wyjątkowymi wyzwaniami, takimi jak uwzględnianie nieprzewidywalnych ruchów tkanek, które występują podczas oddychania pacjenta, czy ograniczenia rozmiarów narzędzi chirurgicznych.

Obecnie naukowcy opracowują autonomicznego robota, który może przeprowadzać operacje jelit przy minimalnej pomocy chirurga. Co więcej, robot ten przewyższa biegłych chirurgów w porównaniach bezpośrednich w modelach przedklinicznych.

Badanie szczegółowo opisujące rozwój tego robota, które przedstawia pierwszą znaną autonomiczną laparoskopową operację tkanek miękkich, zostało opublikowane w Science Robotics.

“Wyniki operacji w dużym stopniu zależą od umiejętności i doświadczenia chirurga, a nawet jeden pominięty szew podczas operacji jelita może prowadzić do wewnętrznego przecieku i infekcji” – powiedział dr Moria Bittmann Dyrektor Programowy w Narodowym Instytucie Obrazowania Biomedycznego i Bioinżynierii z USA. “Ta praca przedkliniczna jest ważnym krokiem w kierunku autonomicznej chirurgii robotycznej w tkankach miękkich, która może zapewnić większą skuteczność i bezpieczeństwo u pacjentów, niezależnie od chirurga”.

Robot, nazwany STAR (od Smart Tissue Autonomous Robot), został opracowany przez dr Axela Kriegera i jego współpracowników z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Do tej pory robot był opracowywany do wykonywania zespoleń jelitowych – gdzie dwa fragmenty jelita cienkiego są zszywane razem, aby utworzyć jeden ciągły odcinek – pod nadzorem i kierownictwem chirurga.

Krieger wyjaśnił, w jaki sposób robot wykonuje ten zabieg: Po ręcznym odsłonięciu przez chirurga brzegów tkanki, STAR wykonuje zdjęcia i opracowuje plan rozmieszczenia szwów na podstawie kształtu i grubości tkanki. Gdy operator ludzki zatwierdzi plan, STAR samodzielnie zszywa tkankę. Jeśli tkanka ulegnie deformacji lub przesunie się poza ustalony próg, STAR pyta chirurga, czy należy utworzyć nowy plan chirurgiczny. Proces ten jest powtarzany, aż robot zakończy całą procedurę.

“Dzięki zastosowaniu nowatorskich narzędzi do szycia, systemów obrazowania, algorytmów uczenia maszynowego i robotów sterujących, system STAR jest w stanie sprostać wyzwaniom autonomicznej chirurgii laparoskopowej w zakresie tkanek miękkich” – powiedział Krieger.  “STAR może wizualizować scenę operacyjną, generować plan operacji, a następnie wykonywać te plany z dużą dokładnością i precyzją”. Zaznaczył jednak, że STAR nie jest przeznaczony do zastąpienia chirurgów. “Autonomiczne roboty, takie jak STAR, zostały zaprojektowane tak, aby mogły być włączone w proces pracy chirurgicznej wraz z chirurgami, usprawniając wykonywanie precyzyjnych, powtarzalnych zadań i ostatecznie poprawiając spójność chirurgiczną w zależności od pacjenta”.

Aby ocenić, jak dobrze STAR radził sobie w porównaniu z chirurgami-ekspertami, badacze wykorzystali “fantom” tkanki jelita jako system modelowy. Syntetyczne jelito cienkie zamocowano na statywie liniowym, który zaprogramowano tak, aby poruszał się w przód i w tył, co symulowało ruchy oddechowe występujące podczas operacji – wyjaśnia Krieger.

Również podczas tych eksperymentów fantom tkanki był losowo obracany i deformowany, co wymagało od STAR lub chirurga wstrzymania się, przegrupowania i dokończenia procedury – powiedział.

STAR wykonał zabieg na fantomie tkanek pięć razy, a czterech chirurgów przeprowadziło go na dwa różne sposoby – dwa razy przy użyciu tradycyjnej ręcznej laparoskopii i dwa razy przy użyciu innego systemu wspomaganego robotem.

W porównaniu z chirurgami-ekspertami, STAR popełnił mniej błędów i był bardziej konsekwentny w rozmieszczaniu i głębokości szwów. Ponadto, gdy badacze przepuszczali lepki płyn przez resekowane jelita fantomowe, stwierdzili, że przepływ był najbardziej laminarny (gładki i opływowy) w tkankach zrekonstruowanych przez STAR, co wskazuje na wyższą jakość zespolenia niż w przypadku zespolenia wykonanego przez chirurgów-ekspertów.

Wreszcie, działanie programu STAR oceniono na dużym modelu zwierzęcym. Zespolenie jelitowe wykonano u pięciu świń; u czterech z nich zabieg przeprowadzono za pomocą programu STAR, a u piątego zwierzęcia wykonano go za pomocą tradycyjnej laparoskopii ręcznej. Podobnie jak w przypadku eksperymentów na fantomach, STAR popełnił mniej błędów w porównaniu z chirurgiem ekspertem. Ponadto, gdy badacze analizowali stopień zagojenia resekowanych jelit siedem dni po zabiegu, nie zaobserwowano różnicy w gojeniu się ran między dwiema różnymi metodami chirurgicznymi.

“Nasze wyniki wskazują, że STAR jest bardziej konsekwentny i dokładny w wykonywaniu zadań związanych z szyciem niż eksperci” – powiedział Krieger. Zauważył on, że wyniki badań wskazują na potencjał autonomicznej robotyki chirurgicznej w zakresie demokratyzacji opieki chirurgicznej, co może prowadzić do bardziej przewidywalnych i spójnych wyników leczenia pacjentów.

“Chociaż wiele osób może się wahać, czy zlecić maszynie wykonanie specjalistycznego zadania, które tradycyjnie jest wykonywane przez człowieka, systemy zrobotyzowane mają potencjał, aby poprawić wyniki leczenia pacjentów w placówkach medycznych” – powiedział Krieger. “Podobnie jak opinia publiczna zaakceptowała stopniowe wprowadzanie tempomatu, asystenta pasa ruchu i funkcji samoparkowania w samochodach, co w końcu doprowadzi do powstania samochodów samojeżdżących, myślę, że podobny postęp nastąpi w dziedzinie robotyki medycznej”.

Źródło: H. Saeidi, JD Opfermann, M. Kam, S. Wei, S. Leonard, MH Hsieh, JU Kang, A. Krieger. Autonomiczna robotyczna chirurgia laparoskopowa zespolenia jelit. Science Robotics 2022 7 (62). DOI: 10.1126/scirobotics.abj290