یک ربات جراحی بافت نرم را با کمترین کمک انسانی انجام می دهد

اگر جراحی بعدی شما توسط یک ربات برنامه ریزی شده و انجام شود چه؟ تیمی در دانشگاه جانز هاپکینز در حال تلاش برای تحقق این ایده هستند.

مفهوم جراحی به کمک ربات جدید نیست: چندین سیستم قبلا توسعه یافته اند و برای درمان بیماران انسانی مورد استفاده قرار می گیرند. یک مثال سیستم جراحی داوینچی است لاپاراسکوپی دستگاهی با بازوهای رباتیک که از راه دور توسط جراح کنترل می شود. این سیستم مستقل نیست – ربات هیچ کار جراحی را مستقل انجام نمی دهد. سیستم‌های روباتیک دیگری با سطوح بالاتری از خودمختاری توسعه یافته‌اند، مانند TSolution One^®که از یک ربات برای برش دقیق استخوان طبق یک برنامه از پیش تعیین شده استفاده می کند. سیستم‌های روباتیک خودمختار موجود عمدتاً برای کمک به عملیات‌های مربوط به بافت‌های سخت، مانند سوراخ کردن استخوان برای ایمپلنت‌های لگن یا زانو استفاده می‌شوند. اما این سیستم‌ها برای جراحی بافت نرم استفاده نشده‌اند، که چالش‌های منحصربه‌فردی را ایجاد می‌کند، مانند محاسبه حرکات غیرقابل پیش‌بینی بافتی که هنگام تنفس بیمار رخ می‌دهد یا محدودیت‌هایی در اندازه ابزارهای جراحی.

اکنون محققانی که توسط NIBIB تامین مالی شده اند در حال توسعه یک ربات مستقل هستند که می تواند جراحی روده را با کمترین کمک جراح انجام دهد. علاوه بر این، این ربات در مقایسه مستقیم در مدل‌های بالینی از جراحان با تجربه بهتر عمل کرد. مطالعه ای که توسعه این ربات را توصیف می کند، که اولین جراحی لاپاراسکوپی خودران بافت نرم شناخته شده را نشان می دهد، اخیراً در رباتیک علمی.

موریا بیتمن، Ph.D.، مدیر برنامه در بخش Discovery Science و می گوید: «نتایج جراحی به شدت به مهارت و تجربه جراح بستگی دارد، و حتی یک بخیه از دست رفته در جراحی روده می تواند منجر به نشت داخلی و عفونت شود.» فناوری در NIBIB. . “این کار پیش بالینی گام مهمی به سوی جراحی بافت نرم رباتیک مستقل است که می تواند بدون توجه به جراح، کارایی و ایمنی را در بیماران انسانی افزایش دهد.”

این ربات که STAR نام دارد (برای ربات خودگردان بافت هوشمند) توسط دکتر اکسل کریگر و همکارانش در دانشگاه جانز هاپکینز ساخته شده است. تا کنون، این ربات برای انجام آناستوموز روده – که در آن دو قسمت روده کوچک به هم بخیه می‌شوند تا یک بخش پیوسته واحد را تشکیل دهند – تحت نظارت و راهنمایی یک جراح ساخته شده است. کریگر توضیح داد که ربات چگونه این عمل را انجام می دهد: پس از اینکه جراح به صورت دستی لبه های بافت را در معرض دید قرار داد، STAR تصاویری می گیرد و بر اساس شکل و ضخامت بافت، طرحی برای قرار دادن بخیه ایجاد می کند. پس از اینکه اپراتور انسانی طرح را تأیید کرد، STAR به طور مستقل پارچه را بخیه زد. اگر بافت تغییر شکل داده یا از یک آستانه تعیین شده فراتر رود، STAR از جراح می‌پرسد که آیا باید طرح جراحی جدیدی ایجاد شود. این روند تا زمانی که ربات تمام مراحل را کامل کند تکرار می شود.

کریگر گفت: «با ترکیب ابزارهای جدید بخیه، سیستم‌های تصویربرداری، الگوریتم‌های یادگیری ماشین و کنترل‌های روباتیک، سیستم STAR برای غلبه بر چالش‌های جراحی بافت نرم لاپاراسکوپی خودمختار مجهز شده است. STAR می تواند یک صحنه جراحی را تجسم کند، یک طرح جراحی ایجاد کند و سپس آن نقشه ها را با دقت و دقت بالا اجرا کند. ربات‌های خودران مانند STAR به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در جریان کار جراحی در کنار جراحان گنجانده شوند، عملکرد دقیق و تکراری را بهبود می‌بخشند و در نهایت ثبات جراحی را از بیمار به بیمار دیگر بهبود می‌بخشند.

برای ارزیابی عملکرد STAR در مقایسه با جراحان متخصص، محققان از بافت‌های روده “فانتوم” به عنوان یک سیستم مدل استفاده کردند. کریگر توضیح داد که روده کوچک مصنوعی روی یک مرحله خطی نصب شده بود که برای حرکت به جلو و عقب برنامه ریزی شده بود، که حرکات تنفسی را شبیه سازی می کرد که در طول جراحی اتفاق می افتاد. وی گفت: همچنین در طی این آزمایش‌ها، بافت فانتوم به‌طور تصادفی چرخانده و تغییر شکل داده است که به STAR یا جراح نیاز دارد تا مکث، گروه‌بندی مجدد و تکمیل عمل را انجام دهند. STAR این روش را پنج بار بر روی بافت‌های فانتوم انجام داد و چهار جراح این عمل را به دو روش مختلف انجام دادند – دو بار با استفاده از لاپاراسکوپی دستی سنتی و دو بار با استفاده از یک سیستم مختلف به کمک ربات.

در مقایسه با جراحان خبره، STAR خطاهای کمتری داشت و از نظر فاصله و عمق بخیه سازگارتر بود. علاوه بر این، هنگامی که محققان یک مایع چسبناک را از طریق روده‌های فانتوم برداشته شده عبور دادند، دریافتند که این جریان در بافت‌های بازسازی‌شده با STAR بسیار آرام (صاف و روان) است که نشان‌دهنده آناستوموز با کیفیت بالاتر از آناستوموزی است که توسط جراحان مجرب انجام می‌شود.

در نهایت، عملکرد STAR در یک مدل حیوانی بزرگ مورد ارزیابی قرار گرفت. پنج خوک تحت آناستوموز روده قرار گرفتند. برای چهار مورد از حیوانات این روش از طریق STAR و برای حیوان پنجم از طریق لاپاراسکوپی دستی سنتی انجام شد. مشابه آزمایشات فانتوم، STAR در مقایسه با جراح متخصص خطاهای کمتری داشت. علاوه بر این، هنگامی که محققان بررسی کردند که روده‌های برداشته شده هفت روز پس از جراحی چگونه بهبود می‌یابند، تفاوت آشکاری در بهبود زخم بین دو روش مختلف جراحی وجود نداشت.

کریگر گفت: «نتایج ما نشان می‌دهد که STAR نسبت به جراحان متخصص در انجام کارهای بخیه‌زنی سازگارتر و دقیق‌تر است». او خاطرنشان کرد که یافته‌های آن‌ها پتانسیل رباتیک جراحی مستقل را برای دموکراتیک کردن مراقبت‌های جراحی نشان می‌دهد – که می‌تواند منجر به نتایج قابل پیش‌بینی و سازگارتر برای بیماران شود.

کریگر می‌گوید: «در حالی که ممکن است بسیاری برای انجام یک کار تخصصی که به طور سنتی توسط انسان انجام می‌شود، مردد باشند، سیستم‌های روباتیک پتانسیل بهبود نتایج بیماران را در شرایط متوسط ​​دارند.» همانطور که عموم مردم از معرفی تدریجی کروز کنترل، کمک بین خطوط و ویژگی‌های پارک خودکار در خودروها استقبال کردند – که در نهایت منجر به خودروهای خودران خواهد شد – من فکر می‌کنم که پیشرفت مشابهی را در زمینه رباتیک پزشکی شاهد خواهیم بود. ” “

این مطالعه توسط دو کمک مالی از NIBIB (R01EB020610 و R21EB024707) پشتیبانی شد.

مرجع مطالعه: H. Saeidi, JD Opfermann, M. Kam, S. Wei, S. Leonard, MH Hsieh, JU Kang, A. Krieger. جراحی لاپاراسکوپی رباتیک خودمختار برای آناستوموز روده. Scientific Robotics 2022 7 (62). DOI: 10.1126/scirobotics.abj2908