Referaty sesja 4p.indd - Pomiary Automatyka Robotyka

Transkrypt

Pomiary Automatyka Robotyka 2/2009
dr Zbigniew Nawrat
Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii, Zabrze
lski Uniwersytet Medyczny w Katowicach
EKSPERYMENTY IN VIVO SYSTEMU ROBOTA CHIRURGICZNEGO
ROBIN HEART – RAPORT Z PRZYGOTOWA
Prezentowana praca przedstawia aktualne prace prowadzone w zabrzaskim
zespole zwizane z projektem robota chirurgicznego Robin Heart oraz
mechatronicznych narzdzi chirurgicznych Robin Heart Uni System. Projekt
wkracza w faz eksperymentu na zwierztach. W styczniu 2009 r. planowane jest
wykonanie trzech eksperymentalnych operacji na winiach: usunicia woreczka
óciowego, TECAB – operacja pomostowania naczy wiecowych na bijcym
sercu oraz operacja naprawcza zastawki mitralnej. Eksperymenty maj wskaza
konstruktorom obszar niezbdnych zmian które bd wprowadzone do
opracowywanych urzdze przed opracowaniem technologii produkcji seryjnej
i wdroeniem klinicznym.
THE ROBIN HEART SYSTEM IN VIVO EXPERIMENTS –
ARRANGEMENT REPORT
The presented work presents the current works led in Zabrze’s team connected
with project of Robin Heart surgical robot as well as the Robin Heart Uni System
mechatronic surgical tools. The project enters in phase of experiment on animals.
For the experiment, which will be carried out in January 2009 three operations
on pigs: cholecystectomia, TECAB - the operation the coronary by-pass on
beating heart as well as the repair operation of mitral valve are planned. The
goal of these experiments are to show the constructors the area of indispensable
changes which they will be introduced to worked out devices before study of
technology of serial production and clinical initiating.
1. WPROWADZENIE
Roboty medyczne stanowi wielki potencja dla chirurgii, zwikszajc jej precyzje
i uatwiajc
dostp
maoinwazyjny
do
obszaru
operacji.
Dzisiaj
to
s
gównie
telemanipulatory, czyli po jednej stronie robota mamy czowieka, który wydaje decyzje
dotyczce ruchu i zada do wykonania, a po drugiej stronie jest efektor, kocówk narzdzia
wykonujc zadania w okrelonej przestrzeni roboczej ciaa pacjenta. Fundacja Rozwoju
Kardiochirurgii od 2000 prowadzi unikalny w Europie projekt zmierzajcy do powstania
robota kardiochirurgicznego. Rozwijajcy si multidyscyplinarny zespó oraz zebrane
dowiadczenia i projekty stanowi szans na szybkie wdroenie caej gamy nowoczesnych
narzdzi chirurgicznych w Polsce.
Efektem programu prowadzonego we wspópracy ze specjalistami z Politechniki ódzkiej
i Warszawskiej jest prototypowa rodzina polskiego robota kardiochirurgicznego o nazwie
automation 2009
519
Robin Heart. W ramach rodziny polskich robotów Robin Heart przeznaczonych do operacji
na sercu i w ukadzie sercowo - naczyniowym powstay do tej pory modele: Robin Heart 0,
Robin Heart 1 i Robin Heart 2, Robin Heart 3 (P) oraz Robin Heart Vision rónice si m.in.
koncepcj sterowania i mocowania (rys.1). Zgodnie z zaoeniami autorów Robin Heart Vision – zrobotyzowane rami suce do sterowania pooeniem toru wizyjnego ma by
pierwszym wdroonym klinicznie robotem z rodziny Robin Heart.
Rys.1. Roboty Robin Heart 0, Robin Heart 2, na wspólnym zdjciu Robin Heart 1 i Robin Heart
Vision oraz, ostatnia po prawej, konsola sterowania robotem Robin Hart Shell
Obecnie prowadzone s w Fundacji intensywne prace nad kliniczn wersj robota Robin Heart Vision, nad odpowiednim przygotowaniem modeli prototypowych robota Robin Heart do
bada eksperymentalnych na zwierztach, a take - w ramach projektu Robin Heart Uni System - nad opracowaniem zrobotyzowanych narzdzi chirurgicznych nowej generacji. Innowacyjne,
mechatroniczne
narzdzia
o
znacznej
ruchliwoci,
wielofunkcyjne
i póautomatyczne skracaj czas operacji i znacznie zwikszaj moliwoci operatora oraz
bezpieczestwo zabiegu. Przy cisej wspópracy z lekarzami i studentami medycyny stworzony zosta równie model ergonomicznej konsoli sterowniczej Robin Heart Shell. Opracowywany jest program doradczy – Robin Heart Expert - dostpny w czasie operacji. Chirurg, operator robota bdzie móg wybra zadajnik ruchu dopasowany do indywidualnych
jego wymaga. Program doradczy to inteligentna baza, zawierajca wszystkie dane diagnostyczne pacjenta (wcznie z obrazami) oraz dane uzyskane w procesie przygotowania, planowania operacji. Planujemy opracowanie i badania systemu sterowania na odlego robotem, tzw. teleoperacji oraz zastosowanie opracowanych narzdzi i nowych technik operacji
do implantacji i serwisowania sztucznych narzdów w tym sztucznego serca (projekt AORobAS – Artificial Organs Robotically Assisted Surgery). Waga i oryginalno projektu Robin Heart spowodowaa rozwój zainteresowania w Polsce robotyk i powstanie nowej dzie-
520
automation 2009
dziny nauki w Polsce - robotyki chirurgicznej. Dziki wsparciu unijnego projektu Equal
(EFS) utworzylimy Zakad Robin Heart Service jako zacztek pierwszej w Polsce firmy
produkujcej roboty. Odpowiedzialni za uruchomienie tej aktywnoci prowadzcej do wdroe klinicznych mechatronicznych narzdzi bierzemy na siebie równie obowizek przygotowania pewnych standardów, systemu testów tych innowacyjnych narzdzi chirurgii. Budujemy stanowiska badawcze i opracowujemy systemowo metody ich weryfikacji, przede
wszystkim w warunkach laboratoryjnych. Prace nad robotem chirurgicznym stymuluj równie dziaania edukacyjne i promocyjne. Najwaniejsze z nich to Warsztaty Chirurgiczne oraz
Midzynarodowa Konferencja Roboty Medyczne. Prowadzimy równie dziaalno wydawnicz – wydalimy pierwsz w Polsce ksik powicon aktualnym postpom w tej dziedzinie pt. „Roboty medyczne”. Wszystkie publikacje SA dostpne na stronie
www.robinheart.pl. Wprowadzilimy wiele nowych sposobów nauki i treningu chirurgów,
w tym wirtualn sal operacyjn (jedyne tego oryginalne przedsiwzicie w Polsce). Pracujemy nad systemem Robin Heart DuoTeacher który umoliwi równoleg prac nauczyciela
i ucznia za pomoc dwóch zespolonych konsol sterowania.
2. KLASYFIKACJA
Do obrotu i do uywania mog by wprowadzane wyroby medyczne speniajce wymagania
okrelone w ustawie o wyrobach medycznych i oznakowane znakiem CE. Pierwszym
zadaniem jest dokonanie klasyfikacji i kwalifikacji wyrobu medycznego, w zalenoci od
potencjalnego ryzyka zwizanego ze stosowaniem tego wyrobu.
Manipulator pod nazw Robin Heart Vision umoliwia pokazanie pola operacyjnego
podczas operacji laparoskopowych a manipulator pod nazw Robin Heart umoliwia samo
wykonanie operacji – naley uzna, e wyroby te odpowiadaj definicji wyrobu medycznego
w Ustawie z dnia 20 kwietnia 2004 r. o wyrobach medycznych, Dziennik Ustaw Nr 93, poz.
896 art.3, punkt1., ust.17:
„wyrób medyczny to narzdzie, przyrzd, aparat, sprzt, materia lub inny artyku, stosowany
samodzielnie lub w poczeniu, wczajc oprogramowanie niezbdne do waciwego
stosowania wyrobu, przeznaczone przez wytwórc do stosowania u ludzi w celu
.....monitorowania, leczenia lub agodzenia przebiegu chorób ..... kompensowania urazów lub
upoledze, .... zastpowania lub modyfikowania budowy anatomicznej.
automation 2009
521
Podczas klasyfikacji i kwalifikacji wyrobu medycznego – manipulatora rodziny Robin Heart
naley uwzgldni, e: a) ze wzgldu na czas trwania kontaktu jest to wyrób medyczny do
krótkotrwaego uytku, b) Jest to wyrób czciowo wprowadzany do wntrza ciaa przez
otwór ciaa lub powierzchni ciaa, czyli jest to wyrób inwazyjny, c) Jest to wyrób inwazyjny,
który przenika do wntrza ciaa, z pomoc lub w kontekcie operacji chirurgicznej, czyli jest
to wyrób chirurgicznie inwazyjny, d) Jest to wyrób medyczny, którego dziaanie zaley od
róda energii elektrycznej, czyli jest to aktywny wyrób medyczny. Ponadto, jest to wyrób
medyczny przeznaczony do uycia wraz z innym wyrobem medycznym (np. endoskopowy
tor wizyjny). Na podstawie Rozporzdzenie Ministra Zdrowia w sprawie klasyfikacji
wyrobów medycznych do rónego przeznaczenia (zaczono) naley wyrób medyczny
rodziny Robin Heart klasyfikowa jako: wyrób medyczny klasy III, zgodnie z regu 7.
Jeeli wyrób medyczny nie jest przewidziany specjalnie do diagnozowania, monitorowania
lub korygowania wad serca lub centralnego ukadu krenia poprzez bezporedni kontakt z
tymi czciami organizmu to zalicza si do klasy IIa, zgodnie z regu 7.
Badania przedkliniczne obejmuj testy laboratoryjne oraz testy na zwierztach, które mona
wykona po uzyskaniu zgody odpowiedniej Komisji Bioetycznej.
3. OPERACJA CHIRURGICZNA
Operacja chirurgiczna polega na wprowadzeniu modyfikacji patologicznego stanu tkanek
i narzdów przywracajc moliwoci wykonywania przez nie okrelonych funkcji yciowych.
Podczas planowania operacji naley uwzgldni optymalny dla danego stanu pacjenta wybór
metody postpowania, rodzaju oprzyrzdowania i materiaów. W sposób typowy dostp do
serca uzyskuje si, przez sternotomi – szerokie otwarcie klatki piersiowej z rozciciem
mostka. Ta cz zabiegu wprowadza znaczny uraz tkanek, powoduje zagroenie infekcj
oraz innymi komplikacjami. Z tego powodu chirurdzy wprowadzaj, jeli to tylko nie ogranicza efektywnoci i bezpieczestwa w czasie zabiegu, metody maoinwazyjne. Nowoczesna
chirurgia, chirurgia mniej inwazyjna, bezpieczna, skracajca czas hospitacji i zmniejszajca
uraz pooperacyjny u pacjenta wymaga odpowiednich narzdzi: mechatronicznych narzdzi
endoskopowych i robotów chirurgicznych. Chirurg przygotowujc si do operacji u danego
pacjenta podczas planowania zabiegu wykorzystuje wszystkie dostpne dane precyzujce stan
pacjenta (dane diagnostyczne, opis choroby, ..) oraz dobiera rodki, materiay, urzdzenia,
narzdzia dla uzyskania optymalnego efektu leczenia.
522
automation 2009
Podczas planowania wykorzystywana jest wirtualna sala operacyjna która pozwala na
rozmieszczenie robotów na sali operacyjnej, lokalizacj tzw. portów czyli otworów przez
które bd wsunite narzdzia do ciaa oraz manipulacje narzdziami w okrelonych
zadaniach
w czasie
operacji
(rys.2).
Dokonano
wizji
lokalnej
laboratorium
eksperymentalnego, oceniono moliwoci rozmieszczenia urzdze towarzyszcych operacji.
Przed eksperymentem w prototypowych robotach dokonano szereg modyfikacji, poprawek
i zmian o szerokim zakresie konstrukcyjnym oraz dotyczcych oprogramowania w celu
zwikszenia bezpieczestwa i skutecznoci (bezawaryjnoci) dziaania robota. Zosta
wymieniony praktycznie cay zespó okablowania, zasilania wcznie z obudow zespoów
elektronicznych i elektrotechnicznych speniajc standardowe wymagania.
4. ROBOTY - ZARYS HISTORII WDRAANIA KLINICZNEGO
Roboty chirurgiczne da Vinci, Zeus oraz nasz prototyp Robin Heart
nale do grupy
telemanipulatorów. Telemanipulator – robot aktywny zdalnie sterowany poprzez komputer
lub operatora. Zadanie telemanipulatora polega na przenoszeniu funkcji motorycznych
i sensorycznych operatora na okrelon odlego. Telemanipulator chirurgiczny skada si
z minimum dwóch ramion roboczych oraz ramienia obsugujcego kamer laparoskopow.
Chirurg majc przed oczyma widok pola operacji (rami robota z torem wizyjnym)
w specjalnej konsoli steruje narzdziami (ramiona robota narzdziowe) wsunitymi przez
mae otwory do ciaa pacjenta manipulujc trzymanymi w doni zadajnikami ruchu (rodzaj
dojstików).
W eksperymencie sprawdzimy równie oryginalna koncepcj stosowania
narzdzi systemu Robin Heart Uni System, który umoliwia przeoenie narzdzia z robota
do specjalnego uchwytu rcznego. Jest to odpowied
naszego zespou konstruktorskiego na
zapotrzebowanie na póautomatyczne laparoskopowe narzdzie manualne. Wiele z operacji
tylko w czciowo wykorzystuje roboty – niektóre fazy operacji z rónych powodów s
obecnie wykonywane klasycznymi narzdziami laparoskopowymi.
automation 2009
523
Testy laboratoryjne Robin Heart’a
Rys. 2 Planowanie operacji za pomoc wirtualnej sali operacyjnej
W roku 1985 w Long Beach Memorial Hospital przeprowadzono pierwszy zabieg chirurgiczny wykonany za pomoc zmodyfikowanego robota przemysowego PUMA 560. Robot suy
do pozycjonowania igy biopsyjnej. Zabieg by wspomagany przez tomograf komputerowy,
dziki któremu chirurg dysponowa obrazem 3D mózgu pacjenta. Pierwsz operacj w zakresie jamy brzusznej, przeprowadzon w 1997 roku, z uyciem systemu da Vinci, bya laparo-
524
automation 2009
skopowa cholecystektomia. W 1999 roku za pomoc robota kardiochirurgicznego Zeus wykonano pierwsz operacj zaoenia bajpasu na bijcym sercu.
Robot da Vinci i Zeus zosta dopuszczony, przez FDA (Food and Drug Administration)
w lipcu 2001 roku do uytku w operacjach laparoskopwych na terenie Stanów
Zjednoczonych. 7 wrzenia 2001 roku za pomoc systemu Zeus dokonano pierwszej
w historii transatlantyckiej operacji cholecystektomi (usunicia woreczka óciowego).
Do dzisiaj na wiecie trwa poszukiwanie optymalnego obszaru stosowania robotów
chirurgicznych (amerykaski robot da Vinci). Zakres aplikacji tych robotów obejmuje takie
zabiegi jak: cholecystektomia, splenektomia, resekcja woreczka óciowego, operacje
prostaty, operacje kardiochirurgiczne i ginekologiczne.
5. ROBOTY – ZARYS EKSPERYMENTALNYCH BADA NA ZWIERZTACH
Teraz chciabym krótki zamieci przegld literaturowy dotyczcy eksperymentów robotem
na zwierztach. Badania na ywych zwierztach [1]. Lomanto i wsp. [2] zastosowali robota
Zeus do wykonania cholecystektomii (wycicie pcherzyka óciowego) u 7 wi i zwrócili
uwag na znaczn redukcj czasu eksperymentu w miar zbierania dowiadcze; skrócili czas
wykonania zabiegu z 30 do 14 min. Zhu i wsp. [3] take testowali robota na modelu wiskim
– zespolenie pcherzykowo - czcze (Roux-en-Y zespolenie). Czas eksperymentów robotem
by duszy ni typowymi narzdziami laparoskopowymi ale skuteczno operacji waciwa
(bez przecieków). Hollands i wsp. [4] raportowali przeprowadzenie krótkich eksperymentów
robotem Zeus na wini – enteroenterostomi ( zespolenie jelitowo-jelitowe) a take choledochoktomi (wycicie przewodu óciowego wspólnego) - tu wystpiy jednak komplikacje.
Jako wniosek podali, ze szycie robotem przewodu óciowego jest korzystniejsze ni typowymi narzdziami laparoskopowymi [5]. W 2003 r. zespó Marescaux przeprowadzi na winiach eksperymenty operacji ttnicy szyjnej (wypreparowanie). Zalet tych eksperymentów
byo, ze wieprzowa ttnice szyjna posiada rednic 3mm, i stosujc 7-0 nici mona byo swobodnie w przestrzeni wypenionej CO2 manewrowa [6]. Nastpne eksperymenty przeprowadzi w tym zespole dr J. Leroy na 15 winiach hepatektomi (wycicie wtroby) i wykaza
uyteczno robota Zeus do wypreparowania i podwizania naczy wtrobowych. Margossian i wsp. [7] demonstrowa z kolei wykonanie robotem zespolenia rogu macicy robotem na
wini z wysok dokadnoci (kontrola 4 tyg. po eksperymencie). Kolejne eksperymenty
przeprowadzono Zeusem w zakresie pyeloplastyki (operacja miedniczki nerkowej), nefrek-
automation 2009
525
tomi (wycicie nerki) i adrenalektomi (wycicie nadnerczy). Boehm i inni raportuj e we
wczesnych badaniach zrobotyzowanej kardiochirurgii wykorzystano model laboratoryjny z
sercami wiskimi ( w sumie 109 zespole naczy wiecowych (LAD)) a nastpnie przeprowadzono 6 eksperymentów na psach (z wewntrzn ttnic piersiow – „LIMA to LAD”).
W trzeciej fazie wykonano 6 zabiegów robotem Zeus na ludziach [8].
Kolejno wprowadzane nowe procedury s testowane z wykorzystaniem modelu eksperymentu
na wini. Np. badania wprowadzajce do endoscopic laserowej rewaskularyzacji misni
sercowego wykonano na 5 winiach (20-40 kg) [9]. Model kardiochirurgiczny
wykorzystywany do bada porównawczych chirurgii laparoskopowej i zrobotyzowanej
typowo, z powodu dostpnoci materiau oraz waciwych cech anatomicznych, zawiera serce
wieprzowe umieszczone w geometrii modelowej klatki piersiowej czowieka. W pracy [10]
zaprezentowano 23 operacje wykonane midzy innymi w celu oceny wpywu na efekt
operacji sposobu obserwacji (dwu - i trzywymiarowy). W pracy [11] mamy prób wykazania,
e robotem mona wykona szycie w sposób równie dobry jak klasycznym narzdziem
laparoskopowym (2 x 20 serc).
Kolejny etap bada klinicznych prowadzi do eksperymentów na zwokach. Lulmet i inni [12]
przedstawiaj, e przed pierwszym na wiecie klinicznym zastosowaniem robota wykonano
8 operacji „treningowych” dla zespou chirurgicznego na zwokach.
Ruuruda i inni [13] opisuj badania skutecznoci wykonania robotem da Vinci zespole
naczyniowych na 30 winiach, z których 20 wykonano metoda laparoskpow a 10 dla
porównania przez laparotomi. Duej wykonywano operacje metod laparoskopow ale
mechanicznie szwy byy dobrej jakoci (co sprawdzono po 14 dniach).
Robota mona wykorzystywa równie do obecnie tak szybko rozwijanych metod operacji
wykonywanych przez otwory naturalne ciaa tzw. NOTES. Jednym z przykadów jest
zastosowanie robota da Vinci S ( 4 ramiona) do operacji nefrologicznej [14] – równie
testowych w eksperymencie na wini z pozytywnym skutkiem.
Istot teleoperatorów jest moliwo operacji na odlego.
W pracy [15] opisano
eksperyment teleoperacji nefrologicznej za pomoc robota da Vinci na 4 wini –
przeprowadzono z sukcesem operacje w której chirurga od pacjenta dzieli dystans 1300
i 2400 mil. Opó
nienie sygnau, gówny czynnik wpywajcy na moliwo prowadzenia
teleoperacji zawar si w granicach 450-900 ms.
526
automation 2009
6. ROBIN HEART - PLAN POLSKICH EKSPERYMENTÓW
cieka dojcia do wdroenia klinicznego nowych zrobotyzowanych narzdzi chirurgicznych
powinna prowadzi od eksperymentów laboratoryjnych na stanowiskach komputerowych
(wirtualna sala operacyjna) przez laboratoryjne eksperymenty i trening na modelach
zawierajcych tkanki naturalne (np. serca wieprzowe) do eksperymentów na ywych
zwierztach. Ze wzgldów etycznych i praktycznych ostatnia faza eksperymentalna powinna
obejmowa minimaln liczb zwierzt, by doskonale zaplanowana i przeprowadzona przez
fachowy, wywiczony w innowacyjnym charakterze eksperymentu zespó. Historia
wdroenia klinicznego dwóch robotów amerykaskich Zeus (ju wycofany z rynku) i da
Vinci wskazuje, e standardem jest wykorzystanie w fazie laboratoryjnej serc wieprzowych
oraz w fazie eksperymentów na zwierztach: wini domowej lub psów. Zaplanowany przez
nas eksperyment dotyczy przeprowadzenia trzech zupenie rónych procedur na
pojedynczych zwierztach. Eksperymenty s tak przemylane by w sumie stanowiy szeroki
przegld moliwoci, wad i zalet opracowywanego systemu chirurgicznego. Na podstawie
analizy osignitych wyników podejmiemy okrelone decyzje dotyczce potrzeby
wprowadzenia modyfikacji i zmian w systemie Robin Heart oraz koniecznego zakresu bada
eksperymentalnych przedklinicznych na zwierztach.
Plan naszego eksperymentu obejmuje kilka faz;
I.
wiczenia laboratoryjne wykonania wszystkich procedur chirurgicznych. Robot przeszed
ju testy laboratoryjne oraz by poddawany ocenie w czasie kilku warsztatów
chirurgicznych. zebrane dowiadczenia i oceny potwierdzaj jego skuteczno. W cigu
miesica zostanie wykonana seria treningowych sesji wszystkich planowanych zabiegów
na modelu laboratoryjnym, w tym – na tkankach zwierzcych (serca wieprzowe), w
warunkach zblionych do sposobu prowadzenia eksperymentu na zwierztach a take w
warunkach modelujcych docelow sytuacje kliniczn. W sesjach przygotowanych w
Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii bd uczestniczyli wszyscy operatorzy – chirurdzy
oraz zespó anestezjologiczny, pielgniarski i towarzyszcy zespó techniczny. Po
osigniciu waciwej sprawnoci operatorów oraz potwierdzenia przez nich moliwoci
przeprowadzenia
zabiegu
za
pomoc
testowanego
sprztu
przystpimy
do
eksperymentów waciwych w Centrum Medycyny Dowiadczalne SUM w Katowicach.
II. monta systemu Rrobin Heart i testy techniczne w sali operacyjnej CMD (1 dzie).
automation 2009
527
III. eksperymenty na zwierztach ( 3 dni)
Celem projektu jest przetestowanie prototypowych zrobotyzowanych narzdzi chirurgicznych
na zwierztach i okrelenie ich wasnoci funkcjonalnych dla wykonania typowych zabiegów
chirurgicznych.
Zakres aplikacji robotów chirurgicznych (obecnie - amerykaski robot da Vinci) obejmuje
takie zabiegi jak: cholecystektomia, splenektomia, resekcja woreczka óciowego, operacje
prostaty, operacje kardiochirurgiczne i ginekologiczne.
Na podstawie naszej wiedzy o zakresie stosowania robotów dokonalimy wyboru
reprezentatywnych eksperymentów:
1.
usunicie pcherzyka óciowego (od takiej operacji zacza si historia zrobotyzowanej
chirurgii w 1997 r.)
2.
pomostowanie aortalno-wiecowe na bijcym sercu z uyciem robota chirurgicznego
(TECAB) – tzw. bajpasy.
3.
operacje zastawki mitralnej (od nich zacza si historia zrobotyzowanej kardiochirurgii
w 1998 r.)
Wszystkie trzy zabiegi chirurgiczne zostan poprzedzone premedykacj i znieczuleniem
ogólnym opisanym w okrelonej procedurze. Zwierzta zostan przygotowane odpowiednio
przez zespó weterynaryjny i pielgniarski. Zostan podane odpowiednie leki, po zwiotczeniu
wykonana zostanie intubacja, podczenie znieczulenia wziewnego.
Pierwszy eksperyment, najprostszy technicznie, zostanie wykonany w jamie brzusznej wini
– obejmuje usunicie pcherzyka óciowego. Zostanie za pomoc robota wypreparowany
przewód óciowy wspólny i ttnicy pcherzykowej we wnce wtroby. Nastpnie zostanie
wykonane zamknicie obu struktur klipsami metalowymi i odcicie. Pcherzyk óciowy
zostanie usunity przez jedno z naci na zewntrz. nastpnie zostanie dokonana kontrola
hemostazy, desuflacja i zamknicie naci szwami pojedynczymi.
Drugi eksperyment jest jednym z najciekawszych – potencjalnie zwizany z najwiksz
liczb operacji, która jest do wykonania robotem. Dotyczy wykonania wszycia tzw. bajpasu
na bijcym sercu (bez krenia pozaustrojowego). Znieczulenie ogólne zwierzcia nieco roni
si od typowej procedury poniewa bdzie tu uyta dwuwiatowa rurka intubacyjnej ze
wzgldu na konieczno czasowego wyczenia lewego puca na czas zabiegu. „Opuszczenie”
jednego puca wytworzy przestrze nad sercem w której mog operowa narzdzia. W czasie
528
automation 2009
zabiegu wykonywana jest insuflacja CO2 do jamy opucnowej (cinienie ok. 3-5 mmhg
z szybkoci przepywu 6-8 l/min), która pozwala na utrzymanie tej przestrzeni operacji. Nastpnie wykonane zostan przez chirurgów 3 nacicia skóry ok. 5-10 mm w 3,5,7 przestrzeni
midzyebrowej po stronie lewej i wprowadzone zostan narzdzia robota oraz endoskop
(waciwe zorientowanie ramion robota przy stole operacyjnym i pacjencie). Pod kontrol
wizualizacji endoskopowej zostanie przy pomocy sterowanego przez chirurga-operatora robota pobrana ttnica piersiowa wewntrzna lewa i wykonane zespolenia ttnicy piersiowej wewntrznej z ttnic midzykomorow przedni.
Trzeci i ostatni eksperyment dotyczy operacji zastawki mitralnej – anatomia serca czowieka
(i wini) klatki piersiowej pozwala na znakomite uwidocznienie tej zastawki i dojcie przez
otwór w odpowiedniej przestrzeni midzyebrowej. Dodatkowa trudno zabiegu jest
zwizana z potrzeb stosowania krenia pozaustrojowego – mechanicznej pompy i
oksygenatora (natleniacza krwi), zestawu który umoliwia wykonanie operacji na otwartym
sercu. Znieczulenie podobnie jak w poprzedniej procedurze. W pierwszej fazie pod kontrol
wizualizacji endoskopowej zostanie nacity prawy przedsionek i uwidoczniona zastawka
trójdzielna. Plastyka zastawki trójdzielnej polega na jej stabilizacji mikkim piercieniem
Carpentier-Edwards za pomoc pojedynczych szwów. Koczy t faz eksperymentu
zamknicie przedsionka szwem cigym. Przewidziano równie wykonanie w uzyskanej
przestrzeni
roboczej
operacji
model
ASD
(zamknicie
otworu
w
przegrodzie
midzyprzedsionkowej) oraz odtworzenie uszkodzonych w wyniku choroby nici cignistych
aparatu zastawkowego za pomoc sztucznych nici goretexowych. Wszystkie zwierzta
zostan po zakoczeniu zabiegu poddane eutanazji.
7. PODSUMOWANIE
Przygotowywany do bada klinicznych zrobotyzowany system Robin Heart obejmuje zarówno system planowania, system szkoleniowy i program ekspertowy oraz telemanipulatory
i automatyczne narzdzia chirurgiczne. Rozpoczniemy przygotowania do wdroenia robota
Robin Heart Vision, który suy do kontroli pooenia toru endowizyjnego. W 2003 r. na zakoczenie pierwszego etapu prac nad polskim robotem zoylimy wniosek (kierownik: prof.
Z. Religa) i uzyskalimy zgod (nr 29/03) na wykonanie eksperymentów w zakresie, o który
wystpujemy obecnie. Obecnie dysponujemy penym wyposaeniem (3 ramiona robotów)
automation 2009
529
umoliwiajcym wykonanie zaplanowanych bada. W eksperymencie sprawdzimy równie
oryginaln koncepcj stosowania narzdzi systemu Robin Heart Uni System, który umoliwia
przeoenie narzdzia z robota do specjalnego uchwytu rcznego.
Ocena praktycznych moliwoci systemu pozwoli na wycignicie wniosków dotyczcych
wprowadzenia odpowiednich zmian w projekcie robota Robin Heart oraz okrelenia penego
programu bada przedklinicznych. Zainteresowanych obszerniejsz informacj nt. badanego
systemu telemanipulatora chirurgicznego Robin Heart odsyam uprzejmie do literatury [1620] lub ksiki: Roboty Medyczne red. Zbigniew Nawrat, dostpnej na stronie
www.robinheart.pl.
Rodzina polskich robotów Robin Heart ma szanse sta si powszechnie stosowanym przez
chirurgów wysokiej klasy systemem technicznym i telemedycznym umoliwiajcym
wykonywanie czci operacji w sposób mniej inwazyjny, precycyzyjny, bezpieczny dla
pacjenta i chirurga.
Podzikowania: Projekt robota Robin Heart by finansowany w ramach projektu badawczego
KBN 8 T11E 001 18 oraz projektu zamawianego PW-004/ITE/02/2004 i ze rodków na
nauk w latach 2006-2009 jako projekt badawczy rozwojowy” grant nr R1303301 oraz przez
Fundacj Rozwoju Kardiochirurgii i wielu sponsorów. Dzikuje wszystkim uczestnikom
grantu, naukowcom i studentom, za wkad w realizacj projektu.
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
530
Primer of robotic&telerobotic burgery. Ed. G.H.Ballantyne, J.Marescaux,
P.C.Giulianotti Lippincott Williams&Wilkins 2004. The Zeus Telerobotic System.
J.Marescaux, F.Rubino, p61-65
Lomanto D., Cheah WK, So JB, i inni. Roobotically assisted laparoscopic
cholecystectomy: a pilot study. Arch Surg 2001; 136:1106-1108
Zhu JF, Nahouraii R,Rubino F, I inni. Robotic-assisted laparscopic
cholecystojejunostomy. Minine Invasive Ther Allied Technol 2001; 10:83-88
Hollands CM, Dixey N, Toma MJ. Technical assessment of porcine enteroenterostomy
performed with ZEUS robotic technology. J.Pediatr Surg 2001;36:1231-1233
Hollands CM, Toma MJ, Dixey LN. Laproscopic cholechotomy and repair using Zesu
robotic technology. Surg Endosc 2001;15:S132(abst)
Rubino F,Nahouraii R, Deutsch H, I inni. Endoscopic approach for carotid aretery
surgery. Surg Endosc 2002;16:789-794
Margossian H, Garcia-Ruiz A,Falcone T, I inni. Robotically assisted laparoscopic
microsurgical uterine horn anastomosis. Fertl Steril 1998;70:530-534
Dieter H. Boehm, MD, PhDa, Hermann Reichenspurner, MD, PhDa, Helmut Gulbins,
MDa, Christian Detter, MDa, Bruno Meiser, MDa, Paolo Brenner, MDa, Helmut Habazettl, MDb, Bruno Reichart, MDa Early experience with robotic technology for coro-
automation 2009
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
nary artery surgery Ann Thorac Surg 1999;68:1542-1546, Supplement: Minimally Invasive Cardiac Surgery.
Izutani H, Gill IS, Svanidze O Robotically assisted endoscopic transmyocardial laser
revascularization. Can J Cardiol. 2004 Jul;20(9):907-9.
Boyd WD, Desai ND, Kiaii B, Rayman R, Menkis AH, McKenzie FN, Novick RJ.
A comparison of robot-assisted versus manually constructed endoscopic coronary
anastomosis. Ann Thorac Surg. 2000 Sep;70(3):839-42; discussion 842-3
Falk V, Gummert JF, Walther T, Hayase M, Berry GJ, Mohr FW Quality of computer
enhanced totally endoscopic coronary bypass graft anastomosis-comparison to
conventional technique. Eur J Cardiothorac Surg. 1999 Mar;15(3):260-4; discussion
264-5.
Didier Loulmet, MD, Alain Carpentier, MD, PhD , Nicola d'Attellis, MD, Alain
Berrebi, MD, Cyril Cardon, MD, Olivier Ponzio, MD, Bertrand Aupcle, MD, John Y.
M. Relland, MD ENDOSCOPIC CORONARY ARTERY BYPASS GRAFTING WITH
THE AID OF ROBOTIC ASSISTED INSTRUMENTS Thorac Cardiovasc Surg
1999;118:4-10
J.P. Ruurda and I.A.M.J. Broeders Robot-assisted laparoscopic intestinal anastomosis.
Surgical Endoscopy Volume 17, Number 2 / February, 2003 236-241
BOX Geoffrey N.; LEE Hak J.; SANTOS Ricardo J. S.; ABRAHAM Jose Benito A.;
LOUIE Michael K.; GAMBOA Aldrin Joseph R.; ALIPANAH Reza; DEANE Leslie
A.; MCDOUGALL Elspeth M.; CLAYMAN Ralph V. ; Rapid Communication RobotAssisted NOTES Nephrectomy : Initial Report Journal of endourology
2008, vol. 22, no3, pp. 503-506
[My paper] Joseph R Sterbis, Eric J Hanly, Barry C Herman, Michael R Marohn,
Timothy J Broderick, Samuel P Shih, Brett Harnett, Charles Doarn, Noah S Schenkman
Transcontinental Telesurgical Nephrectomy Using the da Vinci robot in a Porcine
Model. Urology. 2008 Feb 22; : 18295861 (P,S,G,E,B,D)
Z.Nawrat; P. Kostka; W. Dybka, K. Rohr: „Nowatorskie póautomatyczne narzdzia
laparoskopowe Robin Heart Uni Tools”. PAR Pomiary Automatyka Robotyka.
Miesicznik Naukowo- Techniczny; nr 2/2008. str. 718-728
Z.Nawrat; W. Dybka;
P. Kostka; K. Rohr: „Konsola sterowania robotem
chirurgicznym Robin Heart”. PAR Pomiary Automatyka Robotyka. Miesicznik
Naukowo- Techniczny; nr 2/2008. str. 708-717
Z. Nawrat; P. Kostka: „Robin Heart – perspectives of application of mini invasive tools
in cardiac surgery”. Medical Robotics. Ed. V.Bozovic. I-Tech, Croatia, 2008, ISBN
978-3-902613-18-9., str. 265-291.
Z. Nawrat; P. Kostka: “ The Robin Heart Vision, telemanipulator for camera holding
preliminary test results”. Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent
Systems, volume1, No. 1, April 2007, str.48-53
Z. Nawrat: M. Ko
lak: „ Robin Heart system modelling and training in virtual reality”.
Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligents Systems. Vol. 1, Number 2,
June 2007. str. 62-66.
automation 2009
531

Referaty sesja 4p.indd - Pomiary Automatyka Robotyka

Transkrypt

Podobne dokumenty

Robotyka medyczna w Polsce czyli Robin Heart i inni