Roboty w służbie chirurgii

Drżące dłonie, krwawiące rany i ludzie z personelu medycznego krzątający się wokół pacjenta - tak wygląda współczesna sala operacyjna. Przy krótkich zabiegach większość niedogodności można znieść, jednak bardziej skomplikowane operacje wymagają od lekarzy stalowych nerwów. Łatwiej o błąd, który może kosztować życie pacjenta. Błąd, którego precyzyjna maszyna by nie popełniła.

Już teraz roboty medyczne coraz częściej pojawiają się w najlepszych szpitalach i klinikach na świecie. Wielu lekarzy nie może wyobrazić sobie braku komputerów przy operacjach na otwartym sercu, mimo że kiedyś takie zabiegi były przecież na porządku dziennym. Skuteczne wykorzystywanie maszyn w medycynie przekłada się na mniejsze ryzyko pooperacyjnych komplikacji oraz szybszą rekonwalescencję pacjenta. Czy rozwój nowych technologii może pewnego dnia sprawić, że maszyny zastąpią ludzi w tak delikatnej materii jak chirurgia?

Odpowiedź na powyższe pytanie nie jest jednoznaczna i nie da się jej udzielić bez określenia roli robotów we współczesnej chirurgii. Pomysł na budowę "mechatronicznych urządzeń pomocnych lekarzom w operacjach małoinwazyjnych" powstał już za czasów Ronalda Reagana i jego programu "Gwiezdnych wojen". Pentagon chciał, by roboty medyczne operowały na polu walki, NASA, by wysyłać je w kosmos. Jednak dopiero gdy do gry o robotów-chirurgów weszła DARPA, projekt otrzymał najwyższy priorytet.

W toku czasochłonnych prac powstał pierwszy robot-chirurg Zeus, którego wkrótce wygryzł z rynku robot Da Vinci. Do światowej czołówki coraz śmielej dobija się również polski - Robin Heart.

Zeus Robotic Surgical System to robot chirurgiczny, o którym zrobiło się głośno we wrześniu 2001 r. Przy użyciu Zeusa Jacques Marascaux usunął pęcherzyk żółciowy 68-letniej kobiecie. Nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie fakt, że chirurga i pacjentkę dzieliła odległość całego Atlantyku. Marascaux operował leżącą w klinice w Strasburgu kobietę z... Nowego Jorku! Była to pierwsza zakończona sukcesem teleoperacja, która rozpoczęła zupełnie nową erę medycyny.

Zeusa tworzą trzy ramiona interaktywne zamontowane do stołu operacyjnego. Dwa z nich są kontrolowane pośrednio przez lekarza zasiadającego w fotelu ze specjalnymi joystickami naśladującymi dłonie i nadgarstki, jedno zaś to pozycjonowana głosem kamera endoskopowa (AESOP).

Wyposażenie konsoli sterującej uzupełnia monitor, na którym chirurg w trakcie operacji śledzi ruchy narzędzi, nagrywane przez kamerę obecną na jednym z ramion robota. Zeusem można sterować również przy pomocy głosu - robot jest w stanie zapamiętać poszczególne pozycje narzędzi i powrócić do nich w dowolnym momencie operacji. Jedyną pamiątką, która pozostaje pacjentom po operacji, są trzy nacięcia o średnicy ok. 5 mm, służące wprowadzaniu ramion Zeusa.

Chyba najważniejszą zaletą Zeusa, jak i każdego robota tego typu, jest całkowita eliminacja efektu trzęsących się rąk, który dotyka nawet najbardziej doświadczonych i najlepszych chirurgów świata. Robot jest tak precyzyjny dzięki zastosowaniu odpowiedniego filtru usuwającego ruchy drgające o częstotliwości ok. 6 Hz, jakie charakteryzują trzęsące się ręce u człowieka.

Tak operuje Zeus:

Przeprowadzenie pierwszej operacji przy użyciu Zeusa stworzyło podwaliny telechirurgii i udowodniło wszystkim niedowiarkom, że taka forma leczenia jest możliwa. Zaświadczają o tym liczni pacjenci, którzy bez interwencji robotów chirurgicznych byliby martwi. Niestety, tego samego nie można powiedzieć o firmie Computer Motion, która stworzyła Zeusa. Szybko została ona wchłonięta przez prawdziwego giganta w branży i zaprzestała produkcji "gromowładnych" maszyn.

Ów gigant odpowiedzialny za śmierć Zeusa to firma Intuitive Surgical (IS) produkująca roboty z serii Da Vinci.

Da Vinci stał się słynny już na początku 1998 roku, kiedy to francuski zespół dokonał pierwszej na świecie operacji pojedynczego pomostu wieńcowego. Kilka miesięcy później pomyślnie przeprowadzono plastykę zastawki mitralnej, czyli operację wewnątrz serca. Dla ówczesnej medycyny było to wydarzenie porównywalne do lądowania sondy Pathfinder na powierzchni Marsa w 1997 r.

Każdego robota z rodziny Da Vinci tworzy konsola obserwacyjna, za pomocą której lekarz kieruje pracą urządzenia, umieszczone w ruchomej kolumnie trzy ramiona chirurgiczne i kamera endowizyjna. Cały układ wygląda imponująco, choć jeszcze bardziej niezwykłych czynów Da Vinci jest w stanie dokonać na sali operacyjnej. Robot do wnętrza pacjenta dostaje się przez cztery rany przebicia, każdą o średnicy nie przekraczającej 25 mm.

Technika stosowana przez Da Vinci - bez otwierania klatki piersiowej - ma mnóstwo zalet, gdyż pozwala zachować pacjentowi sprawne płuca, nienaruszone żebra i mostek. Dzięki temu operacje na sercu niosą o 1,5 proc. niższe ryzyko komplikacji niż zabiegi standardowe.

Podobnie jak Zeus, Da Vinci odróżnia subtelne ruchy dłoni chirurga od drżenia rąk. Sama konsola sterująca, oprócz wielostopniowych joysticków, zawiera także zestaw pedałów, służących do kierowania kamerą, ostrością obrazu oraz elektrycznym skalpelem. Co więcej, w sąsiedztwie monitora umieszczony jest zestaw fotokomórek, które natychmiastowo blokują ramiona robota, kiedy chirurg odwróci lub odsunie głowę od ekranu.

Możliwości robota Da Vinci różnią się od standardowych metod małoinwazyjnych, gdyż jego ramiona posiadają 7 stopni swobody - tyle samo co ludzki nadgarstek. Dzięki temu chirurg może pracować w wielu płaszczyznach, praktycznie nie czując bariery człowiek-maszyna. Komendy operatora są przekazywane przez komputer, więc mogą być odpowiednio przeskalowane: np. 3-centymetrowy ruch manetki na 6-centymetrowy ruch narzędzia i odwrotnie.

Robot Da Vinci w akcji:

Ale Da Vinci to nie ideał i - jak każda maszyna - ma swoje wady. Najważniejsza z nich to zwiększenie czasu potrzebnego do wykonania operacji, przez co pacjent musi dłużej przebywać pod narkozą oraz być podłączony do krążenia pozaustrojowego (w przypadku operacji na sercu). Oczywiście, oznacza to intensywniejszą pracę anestezjologów w trakcie operacji, ale nieporównywalnie krótszą opiekę pooperacyjną.

Koszt jednego egzemplarza Da Vinci to wydatek rzędu co najmniej 2,2 mln dol. i dotyczy to jedynie wersji podstawowej. Do tego dochodzą jeszcze niebotyczne koszty wymiany zestawu narzędzi co 10 operacji - ok. 20-40 tys. dolarów. Według danych firmy IS, na całym świecie pracuje już 2200 egzemplarzy robotów Da Vinci, a w samym Chicago jest ich aż 60. Da Vinci od początku 2011 r. działa również w Wojewódzkim Szpitalu Specjalistycznym we Wrocławiu. Operacje z zastosowaniem robota nie są wpisane na listę procedur refundowanych, więc póki co to usługa dla bogatych.

Pacjentów chętnych do alternatywnych metod wykonywania zabiegów nie trzeba długo szukać, zwłaszcza że w trakcie każdej operacji zespół chirurgów czeka w pogotowiu, by przejąć kontrolę nad sytuacją. Dla chorego to dodatkowe zabezpieczenie i większy komfort psychiczny.

Polacy też mają swojego robota chirurga! I to jakiego! Komitet Badań Naukowych i Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii już w 2000 r. rozpoczęły prace nad stworzeniem pierwszego polskiego robota kardiochirurgicznego. Badania zapoczątkował jeszcze prof. Zbigniew Religa. Po jego śmierci funkcję głównodowodzącego przejął dr Zbigniew Nawrat. Dzięki zaangażowaniu setek osób powstała rodzina robotów Robin Heart, która liczy łącznie 10 modeli i prototypów.

Flagowy robot - Robin Heart mc2 - to pierwszy na świecie telemanipulator medyczny, który jest w stanie zastąpić trzy osoby - dwóch chirurgów i asystenta kierującego torem wizyjnym. Po raz pierwszy zaistniał medialnie w grudniu 2010 r., kiedy to podczas specjalnej prezentacji chirurg z Zabrza, przy użyciu ramion robota, dokonał w Katowicach wycięcia fragmentu tętnicy piersiowej i wszczepienia go do serca.

Polska konstrukcja posiada wiele cech wspólnych z amerykańskim Da Vinci - umożliwia generowanie obrazu 3D HD, eliminuje drżenie rąk, a narzędzia dostają się do pacjenta teleskopowo. Robin Heart nie jest natomiast sterowany specjalnymi joystickami jak Da Vinci, ale przyciskami. Jedno ramię polskiego robota-chirurga jest w stanie dzierżyć aż 2 narzędzia, które na dodatek można w dowolnym momencie wyjąć i używać manualnie.

- Sterowanie przyciskami sprawia, że ruch narzędzi nie jest limitowany ruchliwością dłoni. Ramiona robotów Da Vinci są poruszane linkami, przez co trzeba je stroić jak fortepiany, a są to dodatkowe koszty i kłopoty. Ramionami naszego robota poruszają specjalne popychacze - wyjaśniał dr Zbigniew Nawrat.

Fragment pokazowej operacji przy użyciu robota Robin Heart:

Niestety, przyszłość pierwszego polskiego robota chirurga jest niepewna. Póki co, istnieje tylko jeden egzemplarz mc2, który nie wykonał jeszcze żadnej operacji na żywym pacjencie. Powód? Brakuje inwestorów. Dr Nawrat szuka ich od 5 lat, ale nikt nie jest w stanie wyłożyć ok. 40 mln zł na wdrożenie robotów Robin Heart do polskich szpitali.

Niebywałe, że żaden ze sponsorów nie dostrzegł jeszcze potencjału w tym projekcie, bo może to być prawdziwa kura znosząca złote jaja! Gdyby Robin Heart przerwał monopol amerykańskiego hegemona, wzrosłaby dostępność robotów i w efekcie zyskaliby pacjenci. Skoro co roku wykonuje się niemal 5 mln operacji małoinwazyjnych, a roboty chirurgiczne mogą podjąć się ponad 70 proc. z nich, to na pewno wystarczyłoby pracy dla każdego.

Teleoperacje to przyszłość. Roboty coraz częściej pojawiają się w kardiochirurgii, chirurgii plastycznej czy neurochirurgii. Lekarze ogromne nadzieje pokładają w neurorobocie Minerva, który dzięki sterotaktycznej sondzie umożliwi superprecyzyjne operacje pod kontrolą komputera. Inną, równie piękną melodią przyszłości, są nanoboty, które odpowiednio zaprogramowane będą krążyć w organizmie i na bieżąco naprawiać zmiany patologiczne w naszych komórkach.

Czy to oznacza, że roboty pewnego dnia zastąpią chirurgów na salach operacyjnych? Póki nie uda nam się stworzyć maszyn obdarzonych sztuczną inteligencją, pozostaną one cenną, ale nie niezastąpioną pomocą dla bogatych w wiedzę fachowców z krwi i kości.