UNIVERSITATEA DE MEDICINĂ ŞI FARMACIE GRIGORE T. POPA
Aplicaţii ale roboticii în medicină
1
Generalitati despre robotica medicala
Din cele mai vechi timpuri imaginatia omenirii a fost preocupata de ideea realizarii unei masini dotate cu inteligenta artificiala care sa execute operatii similare cu cele efectuate de om. Actualmente prin roboti in sens larg, diversi autori inteleg lucruri diferite.Insa, un robot poate fi definit ca un dispozitiv automat capabil sa execute operatii fizice in conditii asemanatoare cu unele insusiri umane, cum sunt: facultatea de adaptare, autodeterminarea, aptitudinea de invatare si, in special, capacitatea de reprezentare a lumii, de predictive si de programare SAU: un robot este definit ca „o maşină ce poate semăna fiinţei umane şi care îndeplineşte mecanic sarcinile acesteia, fiind lipsită de emoţii şi sentimente sau o maşină care utilizează o inteligenţă apropiată de cea umană”. Tehnologia roboţilor a fost utilizată deja de mulţi ani în diferite domenii, altele decât cele medicale, aşa cum sunt industria automobilelor, mediul subacvatic, spaţiul extraterestru sau zonele cu risc de radiaţii nucleare. Pe de alta parte, „robotica” este o notiune mai larga, care nu se limiteaza la o masina concreta, ci se refera la un anumit mod de a efectua anumite activitati. Activitati ce pot fi fizice sau intelectuale din care cauza se poate vorbi de program-robot, masina-robot sau sistem-robot. Caracteristicile principale ale robotilor sunt urmatoarele:
Sunt realizati pentru a executa in principal operatii de manipulare, deplasare si transport, care necesita viteza si exactitate dar pentru forte limitate
Sunt dotati cu mai multe grade de libertate ( intre 2- 6 ), astfel incat sa poata executa operatii complexe, fiecare fiind controlata de unitatea de conducere
Sunt autonomi, functionand fara interventia sistematica a omului
Sunt dotati cu o memorie reprogramabila capabila sa conduca aparatura necesara pentru executarea unor operatii care pot fi schimbate prin modificarea programului initial
Sunt dotati cu o capacitate logica, in general foarte redusa, cu ajutorul careia pot executa incercari si alege intre doua alternative, precum si a schimba semnale de aprobare cu alte aparaturi.
Caracteristicile tehnice ale robotilor includ: dimensiuni, valorile deplasarilor realizabile, precizia, repetabilitatea, numar de grade de libertate, tipul de actionare, greutatea robotului, volumul spatiului de lucru, capacitate sistemului de comanda si control, 2
viteza, sarcina transportabila, conditii de lucru, posibilitatea de a dispune de mai multe brate de lucru etc.
Sistemele robotice chirurgicale Sistemele robotice au fost introduse intr-o interventie chirurgicala, si anume in microchirurgie care reprezinta o potentiala schimbare in a extinde abilitatile umane asupra modului in care se efectueaza interventiile chirurgicale. Aceasta lucrare prezinta in prima faza o aplicatie chirurgicala in cadrul unei anchete asupra operatiilor microscopice, de navigare, de precizie.Pentru a da randament operatiunea, chirurgii au efectuat nefrectomii bilaterale, splenectomii pe animalele de experienta.Doi rezidenti au experimentat folosind doar tehnica conventionala: 8 sobolani au fost folositi in fiecare din cele 3 grupuri de tratament formate. Cei doi au tratat cate 4 sobolani din fiecare grup. Timpul total al operatiei, pierderile de sange, prejudiciile vasculare si supravietuirea animalelor au fost inregistrate si convertite la un scor de performanta. Apoi, acestia au lucrat mai lent folosind instrumente de microchirurgie, insa rezultatul a fost acelasi ca in cazul unei operatii clasice. Microchirurgia a fost bine primita de intregul cadru medical si in scurt timp aceasta a fost aplicata si la om, ea fiind o tehnica precisa fara risc de esec prin care orice operatie atinge performanta. Elementul calitativ esential care marcheaza trecerea de la robotii simpli la robotii inteligenti este trecerea de la domeniul stabilirii (programarii) miscarile robotului la domeniul stabilirii obiectivelor activiatii robotului, cu alte cuvinte, ceea ce se specifica nu mai sunt miscarile robotului, ci obiectivele pe care acesta trebuie sa le realizeze. O caracteristica importanta a sistemelor-robot inteligente (masini-robot sau programe-roboti) este faptul ca ele interactioneaza cu un univers-real sau simulatincomplet cunoscut. Rezolvarea unei probleme de catre un asemnea sistem-robot comporta doua aspecte: Predeterminarea operatiilor concrete ce trebuie executate pentru realizarea obiectivului propus, deci generarea de planuri Comanda actiunii robotului in universul respectiv, deci executarea planurilor
3
Exista o redondanta de informatie foarte mare intre privirea si pipairea unor obiecte. Omul foloseste aceasta redondanta selectand senzorii cei mai comozi pentru executarea unei actiuni particulare. In cazul robotilor, redundanta informatiei senzoriale este necesara pentru a valida corectitudinea unei informatii si pentru a mari fiabilitatea sistemului( la avaria unei categorii de senzori, actiunea robotului continua cu informatia furnizata de alte categorii de senzori). Robotica medicala vine in ajutorarea pacientilor cu proteze, orteze, proteze auditive si vizuale pt ca acestea nu executa modificari asupra mediului, dar si in ajutorarea pacientilor handicapati precum si ajutorarea practicantilor(medici) – in microchirurgie, endochirurgie si telechirurgie. Utilizarea robotilor la ajutorarea handicapatilor – Sarcini : alimentatie, igiena, casnice, comunicare, hobby . Cerinte impuse robotului – transparenta functionala : montarea, invatarea handicapului, limite in utilizare(mecanice, comanda si control, securitate), intretinere, dependenta, biologie, financiare. Chirurgia a profitat relativ târziu de avantajele acestei tehnologii. Utilizarea iniţială a roboţilor în chirurgia a început la sfârşitul anilor ’80 când un robot industrial a fost utilizat pentru a susţine instrumentele pentru biopsie stereotactică în neurochirurgie. Tot la sfârşitul anilor ’80 IBM a construit primul robot utilizat în practica clinică, numit „Robo-doc”. Prima utilizare a unui robot în chirurgia umană a fost pentru o rezecţie transuretrală a prostatei. În 1993 Computer Motion, Inc., a introdus un braţ controlat prin voce, AESOPTM (Automated Endoscopic System for Optimal Positioning), utilizat pentru susţinerea instrumentelor, a opticului în chirurgia laparoscopică. Varianta sa, AESOPTM 2000 este primul robot controlat prin voce umană aprobat de Food and Drug Administration din Statele Unite. În 1998 Reichenspurner a introdus în practică, în Germania, Sistemul Robotic Microchirurgical ZEUS. Astăzi, cel mai complex şi mai eficient robot aflat în uz este sistemul daVinci,la
care
se
va
face
referire
mai
tarziu.
Odată cu naşterea laparoscopiei şi tehnologiei informaţiei, chirurgia a trecut într-o nouă eră. Dezvoltarea roboţilor chirurgicali este motivată în primul rând de dorinţa şi necesitatea de a spori eficacitatea intervenţiilor. Acţiunile medicale sunt alese pe baza informaţiilor de la diverse surse, incluzand datele specifice ale pacientului (semne vitale şi imagini ale ţesuturilor şi organelor corpului uman), cunoştinţe generale medicale (atlase ale anatomiei umane) şi experienţe medicale.
4
În primul rând, un robot poate îndeplini, de obicei, lucruri cu o mult mai mare precizie decât omul. Aceasta furnizează o primă motivaţie în utilizarea sistemelor CAD/CAM. Roboţii pot fi utilizaţi cu succes în cazul în care pacientul a fost radiat (de exemplu cu radiaţii X), nepunandu-se astfel în pericol sanatatea echipei medicale. În contrast cu roboţii industriali, roboţii chirurgicali sunt rareori desemnaţi să înlocuiască un membru al echipei chirurgicale sau de intervenţie. Ei sunt destinaţi să ajute echipa medicală prin intervenţii de precizie sau care nu pot fi făcute pe cale umană. Sistemele robotice chirurgicale sunt utilizate astăzi pentru aplicarea procedurilor invazive în tratamentul chirurgical al bolilor în domenii ca: neurochirurgie, cardiologie, toracică, ortopedie, urologie, ginecologie, chirurgie generală. În timp ce chirurgia cardiacă şi cea urologică au luat avânt, chirurgia generală este încă la început. Doar câteva operaţii sunt făcute în zilele noastre utilizînd roboţi în domeniul chirurgiei generale. Chirurgia robotică a demonstrat următoarele avantaje: siguranţă şi fiabilitate, oferă o mai bună vizualizare a organelor interne, distrugerea ţesuturilor sănătoase este minimă, durata de spitalizare, în majoritatea cazurilor, este sub 24 de ore, creşte dexteritatea şi nivelul de precizie (precizia intervenţiei este sub o sutime de milimetru), impactul psihologic asupra pacientului este scăzut semnificativ, riscul unor tăieturi greşite (secţionarea de vase, atingerea unor nervi) este minim, riscul apariţiei infecţiilor este minim, se pot realiza intervenţii imposibile pe cale clasică. Ca dezavantaje putem enumera: ergonomia sistemului este scăzută şi impune un număr mare de ore de pregătire, chirurgul nu simte ţesuturile (nu are feedback tactil), spaţiul ocupat de un astfel de sistem în sala de operaţie este mare, iar preţul unui sistem este foarte ridicat. În cercetare a fost utilă clasificarea roboţilor chirurgicali ca sisteme de asistenţă medicală (aşa numita chirurgie CAD).
Chirurgia CAD/CAM Teoria de bază CAD/CAM este aceea de a ne ajuta de un calculator pentru a modela un corp, creând o fotocopie a acestuia. Corpul va fi fabricat, transferând astfel fotocopia într-o realitate fizică. În domeniul medical, planificarea aceasta reprezintă partea CAD, iar 5
intervenţia reprezintă partea CAM. Pentru a face o analogie, aprecierea postoperatorie corespunde cu managementul calităţii totale (TQM).
În figura 1 este prezentat un proces în buclă închisă: 1) construcţia modelului specifică pacientului şi planul de intervenţie; 2) înregistrarea modelului şi planului pacientului; 3) utilizarea tehnologiei pentru asistarea şi ducerea planului la bun sfârşit; 4) aprecierea rezultatelor chirurgiei CAD/CAM prin sublinierea analogiei dintre medicina integrată pe calculator şi fabricarea integrată cu ajutorul calculatorului.
Fig. 1. Arhitectura sistemului chirurgical CAD/CAM, unde faza preoperetorie este cea CAD, faza intraoperatorie este CAM şi cea postoperatorie este TQM
Cel mai bun exemplu de chirurgie CAD/CAM este sistemul ROBODOC. Acesta a fost dezvoltat pentru înlocuirea totală a şoldului şi a genunchiului (Fig. 2). În această chirurgie, articulaţia pacientului este înlocuită de o proteză artificială. Pentru şold, o proteză este montată în femur şi cealaltă în pelvis, creându-se astfel o cavitate articulaţie-sferă. Pentru genunchi, o proteză este montată în femur şi alta în tibie, creându-se astfel o articulaţie tip balama. Cercetarea privind sistemul ROBODOC a început la mijlocul anilor ’80, fiind parte a unui proiect între IBM şi Universitatea Davis din California. La acel timp, tehnica 6
convenţională pentru chirurgia înlocuirii şoldului şi genunchiului a constat în planificarea 2D (utilizînd radiaţii X) şi metode manuale pentru planificarea oaselor. Motivaţia introducerii robotului a fost de a îmbunătăţi precizia procedurii (montarea protezelor în locurile corecte şi ajustarea corectă a oaselor). Tehnica sistemului este de a utiliza o tomografie computerizată (CT) pentru planificarea 3D şi un robot pentru tăierea automată a oaselor. Planificarea (chirurgia CAD) este efectuată cu staţia de lucru ORTHODOC. Aceasta permite chirurgului să poziţioneze grafic modelul 3D al protezei cu ajutorul imaginilor tomografiei. Aşadar, planul chirurgical poate fi transferat de la sistemul de coordonate al tomografiei computerizate la sistemul de coordonate al robotului. Robotul va prelucra oasele în concordanţă cu planul utilizând o sculă de frezat foarte rapidă.
Fig. 2. Sistemul ROBODOC folosit în chirurgia ortopedică. a) robotul este folosit pentru înlocuirea totală a şoldului; b) prim-plan în timpul frezării unui os femural
Asistenţa chirurgicală Intervenţiile chirurgicale reprezintă un proces interactiv, foarte multe decizii luându-se în sala de operaţie şi executate imediat . Scopul sistemelor medicale, incluzând chirurgia robotică, nu este de a înlocui medicul cu o maşină, ci de a spori abilitatea de a trata pacienţii. Sunt două argumente de bază în favoarea utilizării roboţilor:
7
- îmbunătăţirea manipulării şi preciziei chirurgului; - sporirea numărului de senzori şi manipulatori (de exemplu mai multe braţe). În primul caz, sistemul poate da chirurgului capabilităţi superumane, ca de exemplu vizualizarea cu raze X, eliminarea tremuratului mâinilor, abilitatea de a executa operaţii precise în interiorul corpului uman. O subclasă specială este reprezentată de sistemele telechirurgicale, acestea permiţând chirurgului să opereze pacienţi la distanţe care pot începe de la câţiva metri şi ajungând chiar până la mii de kilometri. Instrumentele necesare operaţiei sunt manevrate cu ajutorul joistick-urilor, head tracker-elor sau prin controlul vocii. Un astfel de sistem telechirurgical este reprezentat de robotul da Vinci.
Sistemul telechirurgical da Vinci Sistemul telechirurgical da Vinci a fost dezvoltat de Intuitive Surgical, Inc. Acesta este, datorită vizualizării 3D HD (High Definition), controlului şi preciziei ridicate, unul dintre cele mai avansate platforme chirurgicale existente la ora actuală. A fost denumit astfel pentru că Leonardo da Vinci a inventat primul robot. Cu sistemul daVinci, în 1998, Carpentier a realizat la Paris prima intervenţie cardiacă asistată de robot, o înlocuire de valvă mitrală. Se compune din 3 componente interconectate prin intermediul unei reţele: - consolă chirurgicală ergonomică - masa chirurgicală şi cele 4 braţe robotice interactive - sistemul de vizualizare 3D HD Sistemul da Vinci a fost proiectat pentru a spori eficacitatea operaţiilor chirurgicale şi a realiza proceduri cât mai complexe. Acesta nu poate fi programat, nu poate lua decizii. El transmite mişcarea dată de la consolă de către chirurg într-o micromişcare corespondentă instrumentelor aflate în interiorul pacientului.
8
Sistemul permite chirurgului să opereze în condiţii confortabile, reducându-i astfel oboseala. Acesta stă aşezat în faţa consolei, la câţiva metri de pacient, observând prin intermediul sistemului de vizualizare imaginea reală a câmpului chirurgical, în timp ce operează în timp real prin incizii mici şi precise, utilizând instrumente electromecanice. O varietate de moduri de control pot fi selectate de la consolă cu ajutorul pedalelor şi a joistick-urilor şi utilizate cu scopul de a determina mişcarea braţelor robotului. O parte importanta a instalatiilor isi gasesc aplicarea in mediul chirurgical si au drept scop deservirea unor procese tehnologice. In aceasta categorie intra manipulatorele, instalatiile „master-slave”, pedipulatoarele etc. Robotii „master-slave”au aplicatii asemanatoare cu cele ale manipulatoarelor.Ele sunt constituiate din cate doua lanturi cinematice deschise, primul lant „master”, cel de-al doilea „slave”copiaza la scara aceasta miscare , efectuand operatii de manipulare.Legatura dintre „master”si „slave”poate fi realizata cinematic – spre exemplu prin arbori si angrenaje – sau prin telecomanda - spre exemplu prin unde radio. După cum se poate observa în figura 3, sistemul se compune dintr-o parte master şi una slave. Partea slave este cea de lângă masa de operaţie. Aceasta are 3 sau 4 braţe robotizate care pot manipula endoscopul stereo sau instrumente chirurgicale ca de exemplu foarfeci, bisturie, cleşti etc. Partea master este reprezentată de consola de control.
Fig. 3. Sistemul telechirurgical da Vinci
9
Dr Adrian Lobontiu: Robotul Chirurgical da Vinci™ in activitate in blocul operator la Spitalul Henri Mondor
Caracteristici şi beneficii: 1) vizualizare 3D HD
a)
b)
Fig. 4. a) Sistemul de vizualizare. b) Imagine din timpul unei operaţii - primul sistem robotic chirurgical cu vizualizare 3D HD - rezoluţia de vizualizare dublă furnizează clarităţi şi detalii ale ţesuturilor foarte mari - zoom-ul digital reduce interferenţele dintre endoscop şi instrumente
10
Sistemul de vizualizare include un endoscop 3D de mare rezoluţie (figura 5) cu două canale independente de vizualizare, interconectate cu două monitoare color de mare definiţie. Sistemul incorporează, de asemenea, aparatură de procesare a imaginilor, incluzînd camere video de mare performanţă, aparatură de reducere a zgomotului etc.
Fig. 5. Endoscop
Vederea stereo este transmisă de la endoscop la consola de control. 2) control, dexteritate şi precizie ridicate - controlul precis al instrumentelor EndoWrist (instrumente specifice da Vinci cu 7 grade de libertate, 90° în articulaţie)
Fig. 6. Instrumente EndoWrist - gradarea mişcării şi reducerea vibraţiilor - braţele robotului, subţiri şi telescopice, furnizează un mai bun acces asupra pacientului şi o incizie foarte precisă - grade mari de libertate ale mişcării braţelor - ergonomie ridicată 3) rapid, foarte simplu de manevrat, interfaţă modernă - monitorizarea pacientului în timpul operaţiei - conexiune cu fibră optică - monitor integrat touchscreen - telestaţie pentru îmbunătăţirea comunicaţiei între membrii echipei de intervenţie
11
- afişajul TilePro (Fig. 7) furnizează informaţiile critice despre pacient în timpul operaţiei.
Fig. 7. Afişajul TilePro şi cele 4 braţe ale robotului
Sistemul Da Vinci conţine până la 4 braţe electromecanice care manipulează instrumentele în interiorul pacientului. Instrumentele şi camera se ataşează foarte uşor braţelor şi sunt repoziţionate uşor de către chirurg din consolă. Primele două braţe reprezintă mâna dreaptă şi stângă a chirurgului. Acestea ţin instrumentele EndoWrist. Al III-lea braţ poziţionează endoscopul, permiţând chirurgului să schimbe uşor, să rotească, mărească sau deplaseze din consolă câmpul de vizualizare. Această mobilitate elimină necesitatea unui asistent de a ţine camera. Al IV-lea braţ este opţional. Acesta sporeşte capabilităţile chirurgicale prin posibilitatea montării unui al III-lea instrument EndoWrist, îndeplinind astfel sarcini suplimentare ca de exemplu: aplicarea unui dispozitiv de măsurare a contracţiilor inimii, de a prinde copci etc. Chirurgul poate controla simultan două braţe prin apăsarea pedalelor de sub consolă.
Instrumentele EndoWrist
sunt proiectate să aibă 7 grade de libertate,
acestea mimând dexteritatea încheieturii şi mâinii umane. Datorită vibraţiilor reduse, aceste insrumente sunt foarte precise, permiţând incizii foarte mici. Fiecare instrument are o misiune chirurgicală specifică. Linia de produse EndoWrist conţin o mare varietate de
12
bisturie, forcepsuri, foarfeci, ace de cusut, instrumente de cauterizare mono şi bipolare, precum şi multe alte instrumente specializate.
(Fig. 7 Instrumente Endowrist dotate cu 7 grade de mobilitate – depasind performantele miinii chirurgului) Datorită interfeţei sale unice, sistemul Da Vinci poate să detecteze foarte uşor când un instrument trebuie înlocuit. Aceste instrumente sunt realizate exclusiv pentru sistemul Da Vinci. În concluzie, sistemul Da Vinci este un sistem inovator. Permite chirurgului o vizualizare mai bună, dexteritate şi control sporit, permiţând incizii de doar 1-2 mm. Aceste incizii reduc semnificativ traumele (durerea), timpul de recuperare este mai mic, iar costurile de spitalizare sunt scăzute. Totodată reduce riscurile aparitiei infecţiilor şi pierderilor de sânge. Robotul a fost utilizat cu succes în numeroase proceduri complexe (operaţii pe cord etc.). De asemenea, sistemul poate fi utilizat pentru operaţii la distanţe mari (telechirurgie). Asociaţia Americană de Chirurgie Gastrointestinală şi Endoscopică a sugerat că principala limitare în utilizarea chirurgiei robotice o reprezintă costul foarte ridicat al acestei tehnologii. În 2004 un robot daVinci a fost vândut pentru 1,25 milioane de dolari. La acest preţ trebuie adăugate costurile de întreţinere, cele ale instrumentelor semi-reutilizabile. Se consideră că sistemul daVinci creşte costul unei proceduri antireflux cu aproximativ 2000 de dolari.
13
CHIRURGIA CLASICA. Avantajele acestui tip de chirurgie se traduc prin faptul ca, chirurgul poate accede liber la tesuturile si organele cele mai profound situate, gestul este precis, avand ambele maini in campul operator, viziune directa a anatomiei etc. Inconvenientele sunt insa pe masura: incizie mai mult sau mai putin importanta de ordinul a 10, 20 sau 30 de centrimetri, durere post-operatorie, complicatii posibile ale inciziei, infectii etc.
CHIRURGIA LAPAROSCOPICA. Acest tip de chirurgie s-a impus in ultimii 15 ani ca o necesitate evolutiva a chirurgiei miniinvazive. Chirurgia minim invaziva a avut ca pioneri, alaturi de ginecologi, pe urologi si pe radiologici, care, in echipa, au abordat prin tehnici transcutanate pelvisul renal.Aceste tehnici au redus morbiditatea si mortalitatea comparativ cu procedeele conventionale. Ulterior, metoda a permis confirmarea diagnosticului in abdomenul acut, fara deschiderea cavitatii peritoneale. Urmatorul pas l-a constituit efectuarea colecistectomiei laparascopice, la inceput cu instrumente primitive ale ginecologilor, iar apoi folosind o aparatura sofisticata.Au urmat apoi proceduri complexe cum ar fi cura laparoscopica a herniei hiatale, splenectomia, rezectia colonului distal si a rectului.S-a ajuns rapid la o exagerare in aces domeniu. Avantajul major si indiscutabil al acestui tip de chirurgie consta in limitarea traumatismului inutil prin efectuarea unor incizii mici, de ordinul a citiva milimetri (aproximativ diametrul unui creion) si deci evitarea durerilor postoperatorii si a altor complicatii legate de incizie sau de tipul de chirurgie practicat. Inconvenientul major al acestui tip de chirurgie il reprezinta lipsa de precizie. Chirurgia miniinvaziva implica utilizarea unor instrumente lungi, a unui sistem video adaptat si a unui endoscop – camera minuscule de un diametru de citiva milimetri. Aceste instrumente lungi, manipulate din exterior reduc considerabil dexteritatea cit si sensatia tactila a chirurgului. Mai mult, imperfectiunile relative ale gestului chirurgical pot fi amplificate la extremitatea distala a instrumentelor laparoscopice prin asa numitul efect de pirghie. In ceea ce priveste imaginea virtuala, sistemul video nu furnizeaza o imagine stereoscopica in 3 dimensiuni, aceasta prezentind adesea deformatii geometrice, fiind deci limitata in rezolutie, contrast si culori. Toate aceste inconveniente maresc timpul de executie al interventiei chirurgicale cit 14
si riscul de eroare. Anumite tehnici de chirurgie mini-invaziva (laparscopie, toracoscopie) sunt in consecinta mult mai dificil de efectuat.
(Fig. 3: Chirurgia Laparoscopica) Chirurgia folosind robotii medicali in cancerul laringean si hipofaringean: Tendinta actuala in combaterea cancerului laringean si hipofaringean este folosirea terapiei de conservare a organelor care imbunatateste calitatea vietii si scade rata mortalitatii.Folosirea sistemelor robatizate in interventiile chirurgicale au dus la siguranta oncologilor atunci cand acestia au extirpat microparti din faringe sau laringe. Materiale si metode: robotul chirurgical da Vinci. Un brat a fost folosit pt a vizualiza zona cancerigena si un brat endoscopic a fost introdus prin cavitatea bucala. Au fost efectuate invenstigatii la nivelul sectoarelor cancerigene de la un pacient cu sinus piriform carcinom si 4 pacienti cu carcinomul glotic.Timpul rezultatelor a fost in medie de 25 minute. Sectoarele vizualizate au putut oferi o imagine tridimensionala.Toate acestea au fost lipsite de cancer . In perioada post operatorie nu au fost prezente complicatii.Concluzia: acest studiu demonstreaza ca aplicatiile pentru sectoarele partiale ale laringelui si faringelui au avut scurt timp de investigare a posibilului cancer si deasemenea totul a decurs in conditii de siguranta.
Indicatii in chirurgia robotica cardiaca By-passul coronarian simplu sau multiplu, pe cord batand reprezinta indicatia cea mai frecventa. Instrumentele robotice sunt plasate in al 3-lea, respective al 6-lea spatiu intercostal, pe linia medio-claviculara, in timp ce bratul robotic endoscopic (optic) este plasat in al 5-lea spatiu intercostal, pe linia axilara anterioara. A patra incizie, de 12 mm diametru este efectuata subxifoidian, pentru a introduce stabilizatorul cardiac. Interventia consta in prelevarea arteri mamare interne (stingi) si anastomozarea acesteia la nivelul coronarei LAD. In afara avantajului legat de precizia absoluta in conditii de securitate extrema pentru pacient, interventia are caracter mini-invaziv, atat prin faptul ca se evita
15
incizii de tipul toracotomiei sau sternotomiei, dar si prin faptul ca se evita circulatia extracorporeala, operandu-se pe cord batand.
(Fig. 9: By-pass coronarian LIMA – LAD pe cord batand si torace inchis) Alte indicatii sint reperezentate de anumite tipuri de plastii ale valvei mitrale in P2.
Indicatii in chirurgia robotica urologica Prostatectomia Radicala pentru cancer de prostata reprezinta indicatia principala in urologie. Prin plasarea bratelor robotice in cele doua fose iliace, in timp ce bratul “Camera” este plasat la nivel ombilical precum si prin efecturea reglajelor specifice din punct de vedere al unghiului de atac al bratelor pentru acest tip particular de interventie se ajunge la posibilitatea disectiei prostatei si ablatiei acesteia in termini oncologici bine stabiliti, respectind bandeletele neurovasculare care favorizeaza erectia dar si caracterul continent in postoperator. Anastomoza vezico-uretrala este efectuata in scara de demultiplicare de 5:1. De remarcat caracterul relativ usor de realizare a anostomozei intr-un spatiu relativ limitat, cu ajutorul instrumentelor robotice articulate. Utilizarea tehnologiei laser in domeniul chirurgiei urologice a cunoscut mari progrese in ultimii 20 de ani . Actuala combinatie de laser si roboti chirurgicali poate fi axata pe 2 domenii distincte, dar complementare, eventual utilizarea de lasere pt proceduri chirurgicale ceea ce am putea numi “ repere si structuri de recunoastere” sau “pozitionare”si cu laser din cauza utilizării capacităţii sale minimizând pierderile de sânge şi de creştere a preciziei.
16
(Fig. 10: anastomoza vezico-uretrala efectuata cu robotul da Vinci) Alte indicatii sunt reprezentate de diversele piloplastii, nefrectomii, etc. Indicatii in chirurgia robotica viscerala Dudenopancreatectomia cefalica, gastrectomiile, rezectiile de colon, chirurgia obezitatii (bariatrica) isi gasesc indicatiile de rigoare in chirurgia robotica. Este vorba in special de interventii unde este necesar efectuarea unei anastomoze precise, de tip reconstructiv, avantajele robotului fiind net superioare chirurgiei laparoscopice. De fapt, prin aparitia chirurgiei robotice, indicatiile chirurgiei laparoscopice devin practice nelimitate, fiind posibile cele mai complexe interventii evitind laparotomiile. Indicatii in chirurgia robotica ginecologica Repermeabilzarea tubara constituie indicatia majora, intrucat este vorba de excizia zonei obstruate prin plasarea precedenta clipului urmata de efectuarea anstomozei in trei planuri distincte cu ajutorul a doua micro-forcepsuri (minuscule portace) articulate. Efectuand suturi cu fire 5-0, 6-0 si 7-0 calitatea anastomozei este de neimaginat. Evitand orice incizie abdominala si deci doar prin plasarea a 4 trocare cu diametre de de 8 pina la 12 mm, se pot efectua anastomoze de o calitate exceptionala utilizind scara de demultiplicare de 3:1. Insa costul, dimensiunea mare a echipamentelor robotice o face mai putin atractiva pentru ceilalti. Studiile de evaluare a rezultatelor in chirurgia robotica ginecologica sunt limitate. Desigur, alte indicatii cum ar fi histerectomia, miomectomiile sau limfadenectomiile pot fi discutate la acest capitol.
17
Indicatii in chirurgia robotica vasculara Bypass-ul aorto femoral este realizat pe cale transperitoneala dupa tehnica descrisa de Dion. Bolnavul fiind plasat in decubitus lateral drept, robotul este orientat posterior, avind o inclinatie de 45°. Avantajul major al acestei tehnici consta in efectuarea anastomozei proximale, evitind astfel traumatizanta incizie xifo-pubiana. Expunerea aortei subrenale se face de la vena renala pina la bifurcatie, anastomoza efectuindu-se cu ajutorul a doua portace mai solide: “Large Needle Driver”, de asemenea articulate. Anastomozele distale, la nivelul arterei femorale sunt efectuate in conditii clasice prin abordul regiunii Scarpa, neexistind nici un beneficiu in a utiliza robotul pentru acest tip de sutura.
In cazul timectomiilor, chirurgia robotica cu instrumentele de foarte mici dimensiuni, permite o exereza superioara in spatiul ingust al mediastinului anterior. - Chirurgia rectului, folosind platforma „da Vinci”, este superioara chirurgiei acum clasice laparoscopice prin scaderea incidentei complicatiilor sexuale si urinare si prin o rata mai scazuta a conversiei si fistulelor postoperatorii. - Hernii hiatale dificile si achalazia cardiei sunt indicatii de electie pentru chirurgia robotica. - Evidari limfoganglionare in chirurgia oncologica gastrica sau a aparatului genital feminin se executa mult mai bine folosind chirurgia robotica decat in chirurgia laparoscopica sau deschisa. - Abordul toracoscopic robotic al esofagului in stadiile incipiente poate sa devina standardul acestui tip de interventie, tinand cont de morbiditatea si rezultatele oncologice mult superioare.
Evolutia Chirurgiei Robotice Chirurgia robotica este in plina evolutie si totodata intr-o revolutie reala. Se poate foarte bine imagina introducerea unor elemente complementare la nivelul Consolei Chirurgicale, mai precis in stereo viewer: Electrocardiograma pacientului, care poate fii consultat la distanta si in timp real de catre operator, echo Doppler-ul cardiac, care poate fii consultat in aceleasi conditii, Scanner, MRI, radiografii etc. Toate acestea pot fi vizualizate “ picture in picture” de catre chirurg in timpul operatiei. Vedere panoramica concomitenta la nivelul consolei sau imagine de ansamblu a salii de operatie, transmiterea tuturor datelor de monitorizare ale bolnavului constituie elemente care sunt primordiale in luarea unei anumite decizii, intr-un anumit timp, chiar fiind la distanta de bolnav.
18
(Fig 12: imaginea chirurgului la consola: un adevarat pupitru de comanda) Comunicarea intre chirurgul operator si echipa aflata langa bolnav se face cu ajutorul microfoanelor cu care sistemul audio-robotic este dotat. Bratele robotului pot fii instalate in jurul lampii scialitice, deci pot “cobori” din plafon. Avantajul consta atat in faptul ca aceste brate sant telescopice deci pot fi comandate la distanta dar si prin faptul ca se pot instala 5, 6 sau mai multe brate.
(Fig. 13: Bratele coboara din lampa scialitica) O ameliorare a articulatiei instrumentelor Endowrist o constituie tehnica “snake”. Prin aceasta noua tehnologie robotica se ajunge la crearea unor articulatii extrem de flexibile (comparate cu miscarile sarpelui) si care pot astfel ameliora performantele chirurgiei robotice intracavitare. Simularea si planificarea interventiei chirurgicale este posibila prin introducerea tuturor datelor furnizate de CT Scanner, angiografie, MRI, radiografie, etc, ceea ce permite 19
chirurgului de a se “antrena” la Consola pe imagini adevarate, reale ale bolnavului, ramanind insa in cadrul “realitatii virtuale”. Deasemenea isi face prezenta si experienta doctorilor de performanta in dezvoltarea unui sistem chirurgical endoscopic care poate patrunde in organism prin esofag si efectua operatii in partea superioara a tuburilor gastrice si numeroase viscere din cavitatea abdominala. Acest experiment se poate efectua si la o distanta de aprox. 3750 km. Robotul “tele –deporteaza” in acest fel ochii si mainile chirurgului expert care poate in acest fel ajuta la distanta colegul sau si deci sa-si aduca contributia de expert. Robotul, in configuratia actuala este capabil de a efectua acest “challenge”, nu ne ramane decit solutionarea transmisiei semnalului la distanta pe cale satelitara. Calea terestra a fost deja experimentata: o interventie chirurgicala similara a fost efectuata in septembrie 2001 de catre un chirurg francez –Prof Jacques Marescaux- aflat la New York, in timp ce bolnava se afla la Strasbourg, la 7 000 Km distanta. Interventia s-a produs prin intermediul cablurilor transatlantice. Astfel de interventii au avut loc si in Romania: Din ianuarie şi până în prezent, la Institutul Clinic Fundeni au fost efectuate 100 de operaţii de chirurgie robotică. Robotul-chirurg este manevrat de la distanţă de medic în cazul acestor intervenţii. Robotul DaVinci de la Institutul Clinic Fundeni poate să efectueze toate tipurile de intervenţii care se fac pe cale laparoscopică şi toate tipurile de operaţii care se efectuează în general. Cancerul de rect, herniile hiatale sau prostatectomia totală pot fi operate cu rezultate mult mai bune prin chirurgia robotică. Potrivit specialiştilor, intervenţiile de chirurgie robotică sunt mai sigure şi mult mai uşor suportate de pacient. Perioadele de spitalizare şi recuperare sunt mai mici decât în cazul chirurgiei clasice. De asemenea, cresc durata şi calitatea vieţii de după operaţie, intervenţiile fiind minim invazive.
Hernie hiatala Program-pilot “Robotul de la Institutul Fundeni a fost achiziţionat în scop didactic printr-un program al Ministerului Educaţiei. Robotul-chirurg a costat 1,5 milioane de euro. Costurile intervenţiilor efectuate până acum au fost suportate printr-un program-pilot al Ministerului Sănătăţii. În Bucureşti mai beneficiază de un astfel de robot Spitalul Floreasca. Pentru moment, în România nu se poate face chirurgie robotică decât în cadrul unui program-pilot din cauza costurilor ridicate”, arată prof. dr Irinel Popescu, directorul Centrului de Chirurgie Generală şi Transplant Hepatic de la Institutul Clinic Fundeni. Prima intervenţie de chirurgie robotică a fost efectuată în ianuarie 2008, iar până în prezent, cu ajutorul robotului au fost operate 100 de persoane. La Institutul Fundeni există trei echipe de medici care efectuează operaţii de chirurgie robotică. “Folosim chirurgia robotică acolo unde
20
laparoscopia este depăşită. Chirurgia robotică oferă o vedere tridimensională şi o mai mare versatilitate a vârfului intrumentelor”, mai spune prof. dr Irinel Popescu.
(articol din “Jurnalul National”, 25.09.2008)
CONCLUZII Au fost prezentate doar cateva indicatii clinice de dezvoltare ale chirurgiei robotice in domeniul cardiac, visceral, urologic , ginecologic sau vascular. Fiecare din aceste capitole sau subcapitole reprezinta un vast domeniu de cercetare cu aplicatii profunde si cere mult mai mult spatiu pentru a fi corect abordate. Important este faptul ca, zi de zi, se constata, un numar din ce in ce mai mare de echipe chirurgicale care trec de la chirurgia laparoscopica la chirurgia robotica, ba mai mult de la chirurgia clasica direct la chirurgia robotica, cu satisfactii extrordinare. Printre aceste echipe fac parte si echipe chirurgicale din Romania, de un inalt profesionalism. Prima interventie chirurgicala robotica la distanta in Romania (fara a atinge bolnavul – intre mainile chirurgului si bolnav interpunandu-se robotul chirurgical da Vinci) a fost efectuata de Dr Serban Bradisteanu de la Spitalul de Urgenta Floreasca din Bucuresti in Noiembrie 2005. Chirurgia robotica si tele-chirurgia nu pot decat sa continue sa se dezvolte. In viitor, prin dezvoltarea a noi instrumente robotice, prin reducerea dimensiunii si miniaturizarea lor, prin ameliorarea calitatilor ergonomice ale robotului, se va ajunge la elaborarea unui gest chirurgical ultra perfectionat si automatizat. La acest moment nu există nici un raport care să demonstreze în mod clar superioritatea roboţilor faţă de chirurgia convenţională laparoscopică. Marele dezavantaj al aplicării roboticii în practică pe o scală largă pare a fi costul foarte ridicat. Atunci când roboţii vor deveni mai mici, mai ieftini, mai mobili, capabili de a furniza feed-back tactil, probabil că robotica va înlocui laparoscopia.
21
Bibliografie: 1. www.intuitivesurgical.com 2. IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 15, June 2008 3. Robotica si sisteme de automatizari inteligente – Dr Ing. Emil Balaure, 2000 4. Elemente de chirurgie laparoscopica – Eugen Tarcoveanu, 1996 5. www.computermotion.com 6. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed Advancing neurosurgery with image- guided robotics. Robotic Surgery in Laryngeal and Hypopharyngeal Cancer. Tele-control of an endoscopic surgical robot system Robotics in gynecologic surgery. Robotic surgery and laser technology: an opportunity for discovery 7.S. Luncă, G. Bouraş - Chirurgia robotică 8.Prof. Dr. Eugen Târcoveanu – Chirurgia Robotică
22
Cuprins 1. Generalitati despre robotica medicala.........................................................2 2. Sistemele robotice chirurgicale....................................................................3 3. Chirurgia CAD/CAM.....................................................................................5 4. Sistemul telechirurgical daVinci...................................................................8 5. Instrumentele EndoWrist............................................................................12 6. Chirurgia laparascopica..............................................................................14 7. Indicatii in chirurgia robotica cardiaca........................................................15 8. Indicatii in chirurgia robotica urologica......................................................16 9. Indicatii in chirurgia robotica viscerala.......................................................16 10. Indicatii in chirurgia robotica ginecologica.................................................17 11. Indicatii in chirurgia robotica vasculara.....................................................18 12. Evolutia chirurgiei robotice........................................................................18 13. Concluzii.....................................................................................................21 14. Bibliografie................................................................................................22
23
