Prezentacje projektów – Niecodzienny widok: roboty na sali operacyjnej
Kiedy usłyszymy słowo "chirurgia", mamy na myśli nacięcie dostatecznie wielkie, by chirurg mógł zobaczyć na własne oczy i dotknąć palcami organu ciała. Niekiedy uszkodzenie tkanki skórnej i mięśni, realizowane, by uzyskać dostęp do miejsca zainteresowania, powoduje większe obrażenia, niż sama procedura leczenia. Takie duże nacięcie jest szkarłatnym symbolem tradycyjnej chirurgii. Nie można więc się dziwić, że wystąpiła obecnie tendencja, by stosować minimalnie inwazyjną chirurgię, realizowaną poprzez niewielkie nacięcie w skórze pacjenta, by można było ochronić zdrowe organy i tkanki. W ramach typowej procedury, chirurg wprowadza i wykorzystuje dwie małe rurki, zwane endoskopami. W jednej z nich znajduje się kamera z połączeniem światłowodowym i źródło światła; natomiast przez drugą wprowadzane są zminiaturyzowane instrumenty chirurgiczne. Chirurg pracuje z długimi cienkimi instrumentami, które są zdolne do reagowania na pewne rzeczy, a kamera pozwala tylko na bardzo ograniczone pole widzenia. Metoda taka wymaga także dobrej koordynacji ręki ze wzrokiem. Z tego też powodu, wiele skomplikowanych zabiegów chirurgicznych trzeba prowadzić w tradycyjny "bardziej inwazyjny" sposób. Przyszłość: chirurgia z robotami Zadaniem projektu Accurobas, prowadzonego przez niemiecki Instytut Technologiczny w Karlsruhe (KIT), było przezwyciężenie takich trudności przy użyciu robotów. Wprawdzie wygląda to na fikcję naukową, ale chirurgia przy pomocy robotów jest właśnie następstwem minimalnie inwazyjnych technik chirurgicznych. Różnica polega na tym, że chirurg wykorzystuje ramię robota, zamiast endoskopu i instrumentów chirurgicznych, takich jak skalpel i zacisk. Roboty opracowywane w ramach projektu Accurobas należą do nowej kategorii lekkich robotów o bardzo małym obrysie podstawy, sugeruje dyrektor projektu, Dr Joerg Raczkowsky z KIT. "Mogą one być łatwo konfigurowane w dostosowaniu do specyficznych wymagań prowadzonego zabiegu," mówi dalej. Jednym z takich robotów chirurgicznych jest Mirosurge, który może asystować chirurgowi bezpośrednio przy stole operacyjnym. Zaprojektowany w niemieckim Ośrodku Przestrzeni Kosmicznej (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt - DLR), robot składa się z trzech ramion MIRO®, które są wprowadzane do ciała pacjenta poprzez niewielkie nacięcia. Jedno z ramion prowadzi laparoskop – endoskop podobny do teleskopu – a drugie spełnia rolę rąk chirurga. Chirurg siedzi wygodnie na sali operacyjnej przez skonstruowaną ergonomicznie stereoskopową przeglądarką. Wyświetla ona obrazy wideo o wysokiej rezolucji, w czasie rzeczywistym, przekazywane przez parę kamer umieszczonych w laparoskopie. Dzięki przeglądarce chirurg może obserwować bezpośrednio pacjenta oraz miejsce zabiegu. Podczas, gdy wykonuje on ruchy rękami, ramiona robota wewnątrz pacjenta naśladują ruchy chirurga – realizujące przecinanie oraz zszywanie. Miękko pracujące siłowniki pozwalają mu na łatwe poruszanie ramion robota. Co ważniejsze, zminiaturyzowane czujniki momentu obrotowego zapewniają sprzężenie zwrotne w zakresie występujących sił reakcji, co pozwala chirurgowi na wyczuwanie tkanki, którą aktualnie manipuluje. Poza granicami ludzkiej sprawności Nowy robot chirurgiczny pozwala lekarzowi na wykonywanie operacji z niezrównaną precyzją w sposób, który zmniejsza znacznie ryzyko komplikacji i w rzeczywistości wymaga mniejszej liczby personelu obecnego na sali operacyjnej. Pacjenci odnoszą korzyści z uwagi na niewielkie nacięcia, mniejszą bolesność pozabiegową oraz szybsze wydrowienie. "Jest to sytuacja całkowicie odmienna, jeśli porównać z olbrzymimi bliznami oraz wydłużonymi pobytami w szpitalu po tradycyjnych "otwartych" operacjach," mówi Dr Raczkowsky. A z uwagi na lepsze warunki ergonomiczne prowadzenia zabiegu, chirurg męczy się mniej i może uzyskiwać lepsze wyniki przeprowadzanych zabiegów. Szczególnie, z uwagi na wymiary zbliżone do ludzkich rąk, oraz niewielki ciężar rzędu 10 kilogramów, system robota typu MIRO®, pozwala chirurgowi na uzyskiwanie siedmiu stopni swobody – co odpowiada możliwościom ludzkiego nadgarstka. Ponadto, z uwagi na fakt, iż komputer digitalizuje przemieszczenia, jakiekolwiek drgnięcia ręki lub gwałtowniejsze ruchy przekształcane są na płynne i ciągłe ruchy, niezbędne dla prowadzenia delikatnej procedury. Wysokiej klasy laparoskop posiada dwa niezależne kanały wizyjne. Połączenie dwóch obrazów daje chirurgowi możliwość dokładnego wyczucia głębokości. W skład systemu robota wchodzi także oprogramowanie do przetwarzania obrazów, umożliwiające poprawę wyrazistości krawędzi i redukcję szumów. Dlatego też, uzyskiwany, trójwymiarowy (3D) obraz o wysokiej rozdzielczości jest jasny, ostry i czysty. Ale najbardziej obiecująca funkcja przy współdziałaniu człowieka i robota polega na śledzeniu oka chirurga oraz wyliczaniu "punktu obserwacji" na wyświetlaczu 3D, który pokazuje rejon operacji. Taka informacja może być wykorzystywana w różny sposób; na przykład może być zastosowana do zatrzymania bijącego serca. Szeroko pojęta stabilizacja ruchu obserwacji punktu wykorzystuje informację dotyczącą głębokości tkanki oraz częstości zmian głębokości, oraz ustawia kamerę i instrumenty w sposób automatyczny, by mogły poruszać się z taką samą częstością i w tej samej płaszczyźnie. W rezultacie tego, umożliwia to chirurgowi dokonywanie operacji podczas obserwowania nieruchomego zasadniczo obrazu. Spoglądanie w przyszłość Europejscy naukowcy, uczestniczący w projekcie Accurobas, są przekonani, że chirurgia będzie w przyszłości bazowała na współpracy z robotami. Zastosowanie urządzeń podobnych do Mirosurge może poprawić ścisłość i dokładność prowadzonych zabiegów. Taki precyzyjny asystent chirurgiczny stwarza zupełnie nowy paradygmat w odniesieniu do sposobu wykonywania operacji. "Chirurg funkcjonuje w charakterze zintegrowanego nadzorcy," mówi Dr Raczkowsky. Pomimo szerokich zastosowań systemu, nowa technologia Accurobas wymaga mistrzostwa chirurga. Z uwagi na złożoność procedur chirurgicznych i częste występowanie niespodziewanych komplikacji, dzień, w którym inteligentne roboty zawładną salą operacyjną, może w dalszym ciągu być dość odległy. Trzeba będzie odpowiedzieć na ważne pytania, zwłaszcza dotyczące urządzeń robotów, które w rzeczywistości będą miały operować ludzi. Z uwagi na poważne ryzyko zagrożenia zdrowia ludzkiego, ramiona robotów muszą być oceniane nie tylko z punktu widzenie efektywności, ale także bezpieczeństwa. Pierwsze przeprowadzone testy laboratoryjne wykazały pełne korzyści w zastosowaniu lekkich robotów zasadniczo do dwóch rodzajów procedur; osteotomia laserowa i omacywanie. Podczas osteotomii, kość zostaje skracana, wydłużana lub jest ustawienie jest zmieniane przy zastosowaniu lasera CO2. Z drugiej strony, omacywanie oznacza fizyczne badanie pacjenta, u którego wyczuwane są tkanka lub organ, w celu określenia rozmiaru, kształtu, jędrności i położenia danego organu. Po zakończeniu projektu w roku 2009, trójka partnerów – włoski Uniwersytet w Weronie, KIT w Niemczech oraz Niemiecki Ośrodek Przestrzeni Kosmicznej – zabezpieczyły blisko 3,9 miliona euro, w ramach Siódmego Programu Ramowego, na kontynuację projektu Accurobas, w postaci nowego projektu o nazwie "Bezpieczeństwo pacjenta przy zabiegach z zastosowaniem robotów" (Safros). W międzyczasie, w Laboratorium Altair przy Uniwersytecie w Weronie zainicjowano przedsiębiorstwo typu spin-off, w celu nie tylko uprzemysłowienia, lecz także rozwinięcia rynku dla obiecujących technologii opracowanych podczas realizacji projektu Accurobas. Firma Altairmed srl zaangażowana jest w przyspieszeniu adaptowania precyzyjnych robotów asystujących przy minimalnie inwazyjnej chirurgii. Prowadzony w ramach Accurobas projekt o nazwie "Specyficzne badanie docelowe" (STREP) uzyskał przeszło 3 miliony euro z Unii Europejskiej z konta "Technologie społeczeństwa informacyjnego" (TSI), w ramach Szóstego Programu Ramowego.