Robootika kirurgias

Sissejuhatus

Robotkirurgia on minimaalselt invasiivne kirurgia, mis võimaldab kirurgidel teostada protseduure suurema täpsuse, kontrolli ja paindlikkusega. Kui robotite kasutamine kirurgias võib tunduda tänapäevase arenguna, siis robotkirurgia ajalugu ulatub mitme aastakümne taha.

Kuigi robotkirurgia kasutamisel on palju eeliseid, sealhulgas vähenenud verekaotus, lühem haiglas viibimine ja kiirem taastumisaeg, ei ole see vaidlusteta. Mõned eksperdid väidavad, et robotkirurgia on ülekasutatud ja selle eelised on ülehinnatud. Teised on väljendanud muret robotkirurgia kõrgete kulude ja võimalike tüsistuste pärast, nagu instrumendi talitlushäired ja kirurgilised vead.

Nendele muredele vaatamata kasvab robotkirurgia kasutamine jätkuvalt ning tehnoloogia areng muudab robotkirurgia lähiaastatel tõenäoliselt veelgi täpsemaks ja tõhusamaks. Robotkirurgia on tunnistus meditsiinitehnoloogia jätkuvatest edusammudest ning teadlaste ja arstide jätkuvatest jõupingutustest patsientide ravitulemuste ja elukvaliteedi parandamiseks.

Kirurgilise robootika ajalugu

Robootiliselt abistatud ilukirurgia ajalugu. Tõlgitud eesti keelde. Originaal: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9225011/

Laparoskoopia leiutamine

Algselt 1980. aastatel laparoskoopiliste protseduuride edusammud võeti vastu küll kriitikaga, aga see kujutas endas suurt hüpet operatsioonide invasiivsuse vähendamisel. Kliinilisteks eelisteks on väiksemad sisselõiked, vähendades seeläbi traumasid, operatsioonikoha infektsioonide riski ja haiglaravi aega. Lisaks suurendavad laparoskoopilised operatsioonid patsientide rahulolu, sealhulgas paremat kosmeetilist tulemust, väiksemat operatsioonijärgset valu ja lühemat töölt eemal viibimist. Alates esimesest koletsüstektoomiast on laparoskoopilised operatsioonid muutunud selliste erialade lahutamatuks osaks nagu uroloogia, abdominaalkirurgia, günekoloogia ja südamekirurgia.

Kümme aastat hiljem saavutati järjekordne kirurgiline verstapost esimese robotiseeritud operatsiooniga (RAS). Esimene RAS kujutas endast 1997. aastal tehtud koletsüstektoomiat, millele järgnes mitraalklapi asendamine 1 aasta pärast. RAS-i võib vaadelda kui laparoskoopilise kirurgia evolutsiooni. Lisaks minimaalselt invasiivsele juurdepääsule kirurgilisele väljale võimaldavad need teha operatsioone kolmemõõtmelise vaatega, vähendada kirurgi liigutusi, kõrvaldada värinaid ja täiendavaid liikumistelgesid.

Esimene roboti abil operatsioon

Kümme aastat hiljem saavutati järjekordne kirurgiline verstapost esimese robotiseeritud operatsiooniga (RAS). Esimene RAS kujutas endast 1997. aastal tehtud koletsüstektoomiat, millele aasta pärast järgnes mitraalklapi asendamine. RAS-i võib vaadelda kui laparoskoopilise kirurgia evolutsiooni, lisaks võimaldavad need teha operatsioone kolmemõõtmelise vaatega, vähendada kirurgi liigutusi, kõrvaldada värinaid ja täiendavaid liikumistelgesid.

Esimene Atlandi-ülene telekirurgia ja ZEUS FDA heakskiit

Esimene transatlantiline telekirurgia, Lindbergi operatsioon, viidi läbi 2001. aastal. Kirurg asus New Yorgis, opereerides patsienti Strasbourgis, Prantsusmaal. Seda võib pidada järgmiseks tohutuks verstapostiks RAS-is. Telemeditsiini ja telekirurgia uudne valdkond avas kaugemates piirkondades raviviisid ja kirurgilised teadmised.

Esimene mikrokirurgiline veresoonte anastomoos, da Vinci süsteemiga

Robotite kasutamine plastilise kirurgia valdkonnas on olnud põnev juba RAS-i algusest peale. 2005. aastal koguti esimene vaba klapp ja anastomoositi Minipigi mudelil, kasutades da Vinci süsteemi. Esialgsed kliinilised juhtumite aruanded avaldati 2007. aastal, kui van der Hulst kasutas da Vinci süsteemi mikrokirurgilise anastomoosi jaoks.

Esimene kohordiuuring RAS-i kohta rindade vähendamisel

2014. aastal avaldasid Clemens jt esimese kohortuuringu RAS-i kohta rindade rekonstrueerimisel. Nad analüüsisid nende patsientide kirurgilisi tulemusi, kellel tehti pärast kiiritusravi viivitusega kohene rindade rekonstrueerimine. Rindade rekonstrueerimine viidi läbi pedikulaarse latissimus dorsi klapi abil, kas avatud operatsiooni või roboti abil minimaalselt invasiivse operatsiooniga. Need näitasid väiksemat tüsistuste esinemissagedust, kuna ei olnud vaja teha doonorkoha sisselõikeid.

RAS mastektoomiaks ja koheseks rekonstrueerimiseks

2017. aastal kasutati da Vinci süsteemi mastektoomia ja implantaadipõhise rinnanäärme kohese rekonstrueerimise jaoks. Seetõttu on Toesca jt kasutasid 2,5 cm aksillaarset lähenemist. Piisavaks ettevalmistuseks ühendati insuflaator ja seejärel tehti mastektoomia. Sarnaselt varasematele uuringutele teatasid autorid radikaalsest õppimiskõverast. Nad mainisid, et esimene lähenemine võttis kolm korda kauem aega kui kolmas lähenemine. Lõpliku lähenemise kirurgiline aeg oli võrreldav mastektoomiaga ilma roboti abita. Lisaks võimaldas RAS vähendada kõrvaltoimeid nagu verejooks, suurenenud vaskularisatsioon ja samaaegselt parem esteetiline tulemus. Alates sellest aastast on avaldatud palju juhtumiaruandeid või juhtumiseeriaid, mis tõestavad RAS-i teostatavust ja ohutust rinnakirurgia puhul.

Esimene inimkasutuses robotmikroskoop

Mikrokirurg kasutab tavaliselt luupe ja mikroskoope, et saavutada veresoonte või närvide käsitsemiseks piisav suurendus. Tavaliselt tehakse perforaatori tuvastamine ja varre ettevalmistamine luupide abil. Nende konkreetsete ülesannete puhul on väga oluline paindlikkus erinevate nurkade valimisel ettevalmistamise ajal. Veresoonte anastomoosi puhul eelistab enamik kirurge kasutada mikroskoopi. Robotmikroskoobid pakuvad tehnoloogiat mõlema eeliste ühendamiseks. BHS Technologiesi robotmikroskoop kasutab kõrglahutusega kaamerasüsteemi, mis on ühendatud liitreaalsuse peakomplektiga ja kirurgi silme ette projitseeritakse suure suurendusega selge pilt. Robotmikroskoop on esimene süsteem, mis saavutas 2020. aastal Euroopas kliiniliseks kasutamiseks CE-märgise.

Esimene Symani süsteem inimkasutuses

MMI Symani süsteem koos NanoWrist instrumentidega järgnes 2020. aastal. See oli mõeldud ka avatud mikrokirurgia jaoks. Süsteem kasutab miniatuurseid ühekordselt kasutatavaid randmeinstrumente, mis pakuvad da Vinci süsteemiga võrreldavat liikumisulatust. Symani süsteemil on liikumise skaleerimine kuni 20x ja see põhineb mobiilsel kärul, mida saab hõlpsasti tööväljale liigutada ja sealt eemale liigutada.

Kriitika

Hind

Robootiliselt assisteeritud kirurgia on muutunud viimase kümne aasta jooksul rohkem kättesaadavaks. Maailmas domineeriv süsteem on da Vinci, hinnaga 1- 2 miljonit USD. da Vinci süsteeme loov Intuitive Surgical rajati 1995 aastal, ja alguses plaanis ettevõte kaugteel sooritatud kirurgiat. Kuna Intuitive Surgical monopoliseerib kogu maailma robotkirurgia maastikku siis püsivad ka nende süsteemide hinnad kõrgel, mis teeb tehnoloogia paljudele abivajajatele kättesaamatuks.

Küll on aga ka tekkinud vajalik konkurents: Kanada Titan Medical on loomas Amadeusi robotit mis kasutaks haptilist (puutumistundlikku) tehnololoogiat, ning on ka USA armee Raven robootika programm mille roboti ja süsteemi hinda määratakse 250 000 USD, hetkel küll FDA (Food and Drug Administration) heakskiit puudub.

Hiljuti tutvustas Cambridge Medical Robotics Versiuse süsteemi, millel on 5mm otsikud, ilma energiaseadme või klammerdamisinstrumentideta ja piisava kuluefektiivsusega. 5mm instrumente peetakse kosmeetika ja valu seisukohast oluliselt eelistatumaks. Medtronic esitles oma robotsüsteemi, kuid see pole veel välja antud. Johnson&Johnson teatas hiljuti, et ka nende robotsüsteemide projektid on arendusfaasis ja need avaldatakse peagi. Mitmed uuringud on teatanud, et uus Senhance® robotplatvorm on kolorektaalvähi operatsioonide jaoks ohutu ja teostatav. Seega on tulevikus lootust näha soodsama hinnaga kirurgilisi robotsüsteeme.

Kirurgide väljaõpe

Vaatamata viimasele 30 aasta robootikakirurgia arengule ei ole aga endiselt standarditud robootikakirurgide väljaõpe ja sertifitseerimine. Tiheda konkurentsiga keskkonnas saab kirurgia oma rolli mängida ainult siis, kui tulemusi pidevalt parandatakse, patsientide traumade arvu jätkuva vähenemise ja mõistlike kuludega. Tõelist läbimurret pole aga veel tehtud. Arvatakse, et minimaalselt invasiivne kirurgia ja eriti robotkirurgia annavad selle eesmärgi saavutamisel märkimisväärse tõuke.

Turvalisuse mure

Võrreldes tööstussektoris kasutatavate robotitega seavad meditsiinirobotid disaineritele palju keerulisemaid ohutusprobleeme. Peamiseks riskifaktoriks on: Inimese Kohaloleku Vea Tagajärjed, Mitteüldine Tööülesanne (Human Presence Fault Consequences Non-Generic Task)

Usalduse probleem

Robotid nagu kaastöötajad võivad teha vigu, rikkudes inimeste usaldust nende vastu. Kui juhtub vigu, näevad inimesed roboteid vähem usaldusväärsetena, mis lõpuks vähendab inimeste usaldust nende vastu. Nende usaldusrikkumiste negatiivsete mõjude leevendamiseks saab kasutada usalduse parandamise strateegiaid. Siiski pole selge, kas sellised strateegiad suudavad usaldust täielikult taastada või kui tõhusad need on pärast korduvaid usalduse rikkumisi.

Inimesed tunnevad robotite vastu vähem usaldust kui teiste inimeste vastu. Seega, robotitel on vähem võimalusi usalduse loomiseks, taastamiseks, kui usaldust on kord juba rikutud. Väiksemad interaktiivsed robotid saavad rohkem võimalusi kui inimese elu ja tervisega otseselt seotud robotid.

Latentsus

Liikumise latentsus - arvutisüsteem vajab paar hetke robootilise “käevarrega” suhtlemiseks. See ei ole rutiinse operatsiooni ajal probleem, kuid tehes kiireloomulisi operatsioone, võib latentus kahjuks tulla.

Teised kirurgilised meetodid

Vaatamata selle arvukatele eelistele ei ole mitmed uuringud suutnud onkoloogiliste ja postoperatiivsete tulemuste osas paljastada robotkirurgia ülimuslikkust laparoskoopilise kirurgia ees. Lisaks on robotkirurgia kallim ja seotud pikema operatsiooniajaga kui laparoskoopiline kirurgia. Olenemata uurimistulemustest teostavad paljud kirurgid kolorektaalseid robotoperatsioone.

Üks robotkirurgia piiranguid on haptilise ja kombatava tagasiside puudumine. Kirurgidel ei jää muud üle, kui kontrollida koe pinget visuaalsete vihjete abil, sealhulgas väänamine, lõikamine ja blanšeerimine. Seetõttu vigastavad kogenematud kirurgid kudesid ebasobivast haardest tingitud liigse pinge tõttu. Ka lähealasuvad organid võivad seetõttu viga saada.

Robotkirurgia on seotud pikema operatsiooniajaga kui laparoskoopiline kirurgia. Robotkirurgia puhul kulub dokkimisele palju aega.

Naastes hinna juurde, robotkirurgia operatsioonid on 3000-6000 USD kallimad kui traditsioonilisemad protseduurid.

Robotkirurgia tulevik

Robotkirurgia tulevik on paljulubav. Tänu pidevale tehnoloogia arengule on väga tõenäoline, et robotsüsteemid muutuvad veelgi osavamaks ja suudavad teha järjest keerukamaid kirurgilisi protseduure parema täpsusega.

Kirurgia kui teenuse skaleeruvus

Tänapäeva kirurgias on üks suuremaid probleeme skaleeruvus. Kirurgia on väga keeruline teenus, mis ei ole kättesaadav kõigile ja kõikjal, seda suures osas hinna ja kõrgeltkvalifitseeritud kirurgide vähesuse tõttu. Robootika rakendamine aitaks skaleeruvusele tugevalt kaasa. Robootika tehnoloogia areng on pidev ja on tõenäoline, et näeme roboteid, mis on loodud just kirurgiliste protseduuride jaoks. Need robotid oleksid väiksemad, paindlikumad ja lihtsamini kasutatavad ning oleksid suureks abiks mitmesugustes kirurgilistes olukordades.

Üks olulisemaid edusamme robotkirurgias on autonoomsete süsteemide areng. Need on robotid, mis suudavad teha kirurgilisi protseduure ilma inimese juhenduseta. Selline areng võimaldaks kiiremaid, täpsemaid ja odavamaid operatsioone palju suuremas mahus. USA teadlased väidavad, et robot on edukalt sooritanud sigadele laparoskoopiat - seda ilma inimese abita. Lisaks andis robotkirurgia oluliselt paremaid tulemusi. See on järjekordne samm selle poole, et robotkirurg viib iseseisvalt läbi täismahus operatsioon.

Kuigi hetkel seisneb autonoomsel kirurgial ees palju tehnilisi ja psühholoogilisi takistusi, on autonoomse kirurgia potentsiaal tohutu.

Kirurgiliste protseduuride invasiivsuse vähendamine

Robottehnoloogia kasutamise üks suurimaid eeliseid kirurgias on operatsiooni suurem täpsus. Robotmanipulaatorid suudavad teha väiksemaid ja täpsemaid liigutusi kui inimkäed, mis viib palju täpsemate kirurgiliste protseduurideni. Teatud operatsioone ei oleks manuaalselt isegi võimalik teostada. Täpsus vähendab komplikatsioonide riski, suurendab operatsiooni õnnestumise tõenäosust ja aitab kaasa oluliselt kiiremale paranemis protsessile, mis toob kaasa paremad tulemused patsientidele. Mõned valdkonnad, kus protseduuride invasiivsuse minimeerimine võiks olla läbi murdelise tähtsusega: ajukirurgia, südamekirurgia, neerude siirdamine, selgroo kirurgia.

Virtuaalreaalsuse ja augmenteeritud reaalsuse kasutuselevõtt

Veel üks põnev areng robotkirurgias on liitreaalsuse ja virtuaalreaalsuse tehnoloogiate kasutusele tulek. Selle tehnoloogia abil saavad kirurgid kasutada tööriistu, mis kujutavad neile virtuaalset pilti patsiendi anatoomist. Nüüd on kirurg võimeline läbi viima operatsioone turvaliselt, parema täpsuse ja väiksema vea riskiga. Kirurgid saavad kasutada sama tehnoloogiat operatsioonide harjutamiseks enne nende läbiviimist patsientide peal.

Liitreaalsus võimaldab kirurgil sooritada operatsiooni kohas, kuhu tal puudub füüsiline juurdepääs või ei ole see ajaliselt võimalik. Teleoperatsiooni teel saab kirurg roboti abil viia operatsiooni läbi patsiendile, kes on liiga haige või liiga kaugel, et ise reisida. Võimalus opereerida patsiente eemalt ja kriitilise aja jooksul säästaks palju elusid. Kaugrobotkirurgia vähendab ka kirurgi kiirgust, kuna nad võivad asuda patsiendi omast erinevas kohas. Mõnes olukorras võib kaugrobootika võimaldada kirurgil distantseeruda aparatuurist või tervisele ohtlikest füüsikalistest nähtustest (röntgenikiirgus).

AI-l põhinev naturaalkeele tehnoloogia

LLM (Large Language Models) võib eelnimetatud kolme arengut hüppeliselt kiirendada.

Naturaalkeelel põhinev suhtlus võimaldab kirurgidel meditsiiniliste robotidega palju efektiivsemalt ja arstile mugavamal ja loomupärase viisil. See parandaks suhtlust kirurgid ja roboti vahel, muutes robotsüsteemi juhtimise kirurgide jaoks lihtsamaks. Samuti saab LLM-e kasutada robotkirurgiliste süsteemide juhtimise ja täpsuse parandamiseks reaalajas.

LLM-e saab kasutada ka täiustatud ja realistlikumate koolitus- ja simulatsioonimudelite väljatöötamiseks. Analüüsides ja üldistades inimese jaoks kättesaamatult suurt hulka kirurgilisi andmeid saavad LLM-id aidata luua täpsemaid mudeleid, et neid kasutada kirurgide koolitamiseks. Samuti võib LLM-e kasutada patsiendiandmete (nt haiguslugu, pildid, laboritulemused) analüüsimiseks ja ennustavate mudelite väljatöötamiseks, et ettevaatavalt tuvastada riske kirurgiliste tüsistuste tekkeks. See kõik aitab kirurgil teha teadlikumaid otsuseid ja valida patsiendi jaoks parima tegutsemisviisi ja operatsiooniplaani.