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Roboter führt eine Operation an weichem Gewebe besser durch als menschliche Hände
Forscher haben die Robotik im Operationssaal auf ein neues Niveau gehoben. Sie zeigen zum ersten Mal, wie ein beaufsichtigter, autonomer Roboter eine Operation an Weichgewebe bei lebenden Schweinen effektiver durchführen kann als die Hände eines Chirurgen oder sogar ein Chirurg, der von einem Roboter unterstützt wird.
Forscher sagen, dass das Ziel des überwachten autonomen Robotersystems nicht darin besteht, Chirurgen zu ersetzen, sondern die Ergebnisse zu verbessern, indem menschliche Fähigkeiten durch verbesserte Sicht, Geschicklichkeit und maschinelle Intelligenz ergänzt werden.
Bildnachweis: Nationales Gesundheitssystem für Kinder
Das Team vom Sheikh Zayed Institut für pädiatrische chirurgische Innovation, Children's National Health System, Washington, DC, beschreibt den Smart Tissue Autonomous Robot (STAR) und wie er menschliche Chirurgen, die auf Weichgewebe operieren, übertraf Wissenschaft Translationale Medizin Papier.
Sie testeten STAR gegen Handchirurgie, Laparoskopie (Schlüssellochchirurgie) und robotergestützte Chirurgie mit dem da Vinci-Chirurgiesystem an totem Gewebe und auch in einem Verfahren, das als "Anastomose" bezeichnet wird, das die Verbindung der röhrenförmigen Darmschlingen bei lebenden Schweinen beinhaltete.
Die Forscher stellen fest, dass die "überwachte autonome Operation, die das STAR-System bietet, den anderen Methoden überlegen ist".
STAR ist ein überwachter Roboter, der die Hände des Chirurgen effektiv aus dem Eingriff entfernt, und stattdessen überwacht der Chirurg die autonom geplante und durchgeführte Naht oder Naht des Roboters.
Weichgewebe ist Gewebe, das Organe und andere Körperstrukturen wie Sehnen, Haut, Fett, Muskeln, Nerven, Blutgefäße und Bänder verbindet, stützt oder umgibt.
Allein in den Vereinigten Staaten werden jedes Jahr mehr als 44,5 Millionen Weichteiloperationen durchgeführt; 1 Million von diesen sind für Anastomose.
"Nicht zu ersetzen, sondern um menschliche Chirurgen zu ergänzen"
Bei Tests an totem und lebendem Gewebe übertraf das STAR-System die anderen Methoden bei einer Reihe kritischer Messungen.
Zu diesen Maßnahmen gehörten die Konsistenz des Nahtabstandes (der die Heilung fördert) und der Druck, dem das verbundene Gewebe standhalten kann, bevor es zu Undichtigkeiten kommt - ein Bereich mit einer erheblichen potenziellen Komplikation bei der Anastomose.
Fehler, die eine Nadelentfernung erforderten, waren für STAR ebenfalls minimal, und die Verringerung des Röhrendurchmessers (Lumenreduktion) in den STAR-Operationen lag ebenfalls im akzeptablen Bereich, bemerken die Forscher.
Die Anastomose mit STAR dauerte jedoch länger als eine manuelle Prozedur - 35 Minuten im Gegensatz zu 8 Minuten. Aber die Forscher merken an, dass der Roboter etwa die gleiche Zeit wie der Durchschnitt für die Schlüsselloch-Chirurgie benötigte, die je nach Komplexität zwischen 30 und 90 Minuten für die Anastomose betragen kann.
Eine Operation an Weichgewebe ist eine schwierige Aufgabe für Roboter, da sie sich bei Berührung unberechenbar verformt und bewegt, so dass der Chirurg ständig Anpassungen vornehmen muss. Durch die Zusammenführung von Werkzeugen für das "Nähen" sowie die Fluoreszenz- und 3D-Bildgebung, Krafterfassung und Submillimeterpositionierung "ist es den Forschern gelungen, ihren Roboter dazu zu bringen, diese Schwierigkeit zu überwinden.
Zum Beispiel kombiniert das Tracking-System des Roboters Nahinfrarot-Fluoreszenz (NIRF) -Markierung mit einer 3D-"Plenoptic-Kamera", um 3D-Bilder des Zielgewebes zu erzeugen. Dies erfasst eine Reihe von kleinen Bildern aus verschiedenen Blickwinkeln und konzentriert sich auf ausgewählte Punkte.
Diese Bilder werden dann von einer speziellen Software verarbeitet, um eine genaue, ungehinderte Verfolgung der Gewebedeformation während der Operation zu ermöglichen.
Eine weitere Software, ein intelligenter Algorithmus, kombiniert mit dem Tracking-System den chirurgischen Plan, während sich das Gewebe bewegt und verändert, um den Vorgang in Echtzeit zu steuern und autonom anzupassen.
Ein Video von Wissenschaft erklärt weiter, wie der Roboter arbeitet.
Senior-Autor Dr. Peter C. W. Kim, Kinderchirurg und Vizepräsident des Sheikh-Zayed-Instituts, sagt, es geht nicht darum, Chirurgen zu ersetzen, sondern um Ergebnisse zu verbessern, indem menschliche Fähigkeiten durch verbesserte Sicht, Geschicklichkeit und maschinelle Intelligenz ergänzt werden.
"Unsere Ergebnisse zeigen, dass autonome Roboter die Wirksamkeit, Konsistenz, das funktionelle Ergebnis und die Zugänglichkeit von Operationstechniken verbessern können."
Dr. Peter C. W. Kim
Das Team plant nun, die Werkzeuge noch kleiner zu machen und die Sensoren zu verbessern, damit die Technologie breiter genutzt werden kann. Dr. Kim sagt, sie hoffen, dass mit dem richtigen Partner einige oder alle Technologien für den klinischen Einsatz in den nächsten 2 Jahren bereit sein werden.
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