Αρχές Τηλεχειρουργικής και Ρομποτικής Χειρουργικής

Transcript

1 Αρχές Τηλεχειρουργικής και Ρομποτικής Χειρουργικής Κώστας Γκιόκας Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο 1 Εικονικά Περιβάλλοντα Ο Gigante (1993) ορίζει την εμπειρία της αλληλεπίδρασης με ένα εικονικό περιβάλλον: «Η εικονική πραγματικότητα είναι μια εμβυθισμένη, πολυαισθητική εμπειρία. Χαρακτηρίζεται από την ψευδαίσθηση της συμμετοχής σε ένα συνθετικό περιβάλλον και όχι απλώς από την εξωτερική παρατήρηση ενός τέτοιου περιβάλλοντος». 2 1

2 Κατηγορίες Εικονικής Πραγματικότητας Περιβάλλοντα εμβύθισης (immersive environments) οι χρήστες είναι εφοδιασμένοι με οθόνη προσαρμοσμένη στο κεφάλι (head-mounted display) και δε δέχονται δεδομένα από το φυσικό κόσμο (Slater and Usoh, 1995). Περιβάλλοντα οθόνης (desktop environments) Η αναπαράσταση γίνεται σε οθόνη υπολογιστή και έτσι ο χρήστης εξακολουθεί να έχει αντίληψη του φυσικού κόσμου. 3 Κατηγορίες Εικονικής Πραγματικότητας Περιβάλλοντα προβολής (projected environments) Το εικονικό περιβάλλον προβάλλεται σε ένα φυσικό χώρο, όπως ένα δωμάτιο (Wloka, 1996; Hirose, 1996) ή μια επιφάνεια εργασίας (Kruger et al., 1995). Ενισχυμένα περιβάλλοντα (augmented environments) Τα εικονικά αντικείμενα προβάλλονται πάνω στον πραγματικό κόσμο, πιθανώς με τη χρήση οθονών προσαρμοσμένων στο κεφάλι που επιτρέπουν στο χρήστη να βλέπει και μέσα από αυτές (see through) (Adam, 1993) 4 2

3 Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα Περιβάλλοντα εμβύθισης: Προσφέρουν στο χρήστη την απόλυτη εμπειρία του περιβάλλοντος Απομονώνουν το χρήστη, χρησιμοποιούν πολύ ακριβή τεχνολογία, έχουν συνδεθεί με διάφορα προβλήματα υγείας Περιβάλλοντα οθόνης: εν παρέχουν εμπειρία πλήρους εμβύθισης Βασίζονται στην «ψυχολογική εμβύθιση» 5 Πλεονεκτήματα & Μειονεκτήματα Περιβάλλοντα προβολής: Η εμπειρία μπορεί να μοιραστεί και με άλλους χρήστες Απαιτούν χρήση εξειδικευμένης τεχνολογίας Μεικτά περιβάλλοντα Προσθέτουν στον πραγματικό κόσμο επιπλέον εικονικό περιεχόμενο και πληροφορίες Απαιτούν μεγάλη ακρίβεια στο συσχετισμό μεταξύ της πραγματικής εικόνας και της προβαλλόμενης εικονικής πληροφορίας 6 3

4 Απαιτήσεις 1. Πιστότητα: Η εικόνα πρέπει να έχει υψηλή ανάλυση, ώστε να φαίνεται αληθινή 2. Ανταπόκριση: Τα αντικείμενα πρέπει να εμφανίζουν παρόμοιες με τις αληθινές ιδιότητες (παραμόρφωση, κ.λπ) 3. Αλληλεπίδραση: Τα χέρια του χειρούργου, πρέπει να αλληλεπιδρούν με τα αντικείμενα με τρόπο ρεαλιστικό 4. Ανατροφοδότηση αισθήσεων: Οι δυνάμεις και η αφή πρέπει να είναι όπως οι πραγματικές 7 Κατηγορίες Τηλε-Χειρουργικής Computer - Assisted Surgery (CAS). Ο χειρουργός κατέχει κεντρική θέση Κύριος στόχος είναι η ποιοτική αναβάθμιση των αισθήσεων του χειρουργού (3D όραση, αφή και 3D διαγνωστικά) ώστε να αυξηθεί η ικανότητα και η απόδοσή του στο χειρουργείο Η CAS μπορεί να βρεί εφαρμογές στην εκπαίδευση και το σχεδιασμό χειρουργικών επεμβάσεων 8 4

5 Κατηγορίες Τηλε-Χειρουργικής Ρομποτική χειρουργική Το ρομπότ περιλαμβάνει αισθητήρες που συλλέγουν πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση και τη θέση του στο χώρο, ώστε να μπορεί να υπολογιστεί η επόμενη κίνηση Με το κατάλληλο λογισμικό το ρομπότ έχει τη θεωρητική δυνατότητα να εκτελέσει αυτόματα μια χειρουργική επέμβαση Στη ρομποτική χειρουργική ο ρόλος του χειρουργού υποβαθμίζεται 9 Κατηγορίες Τηλε-Χειρουργικής Ρομποτικό σύστημα βοηθός Απαιτεί τη μεγαλύτερη συμμετοχή του χειρουργού Ακολουθεί τη φιλοσοφία της CAS Το ρομπότ περιορίζεται στην παροχή βοήθειας ώστε να γίνουν πιο σταθερές και ακριβείς οι κινήσεις του χεριού του χειρουργού Προχωρημένο στάδιο τεχνολογικής εξέλιξης 10 5

6 Κατηγορίες Τηλε-Χειρουργικής Ρομποτικό σύστημα χειρουργός Το ρομπότ εκτελεί αυτόματα την επέμβαση ακολουθώντας το πρόγραμμα με το οποίο έχει τροφοδοτηθεί Ο χειρουργός περιορίζεται στον προγραμματισμό και την επίβλεψη της επέμβασης. Ο τεράστιος όγκος των απαιτούμενων πληροφοριών και το οικονομικό κόστος, κάνουν προς το παρόν την τεχνολογία ανεφάρμοστη. 11 Κατηγορίες Τηλε-Χειρουργικής 12 6

7 Σύγκριση Χειρουργικών Ρομπότ - Αυτονομία 13 Εφαρμογές Τηλε-Χειρουργικής Λαπαροσκοπική Χειρουργική - ο χειρουργός χρησιμοποιεί ισοδύναμα πληροφορίας (οθόνη βίντεο) Αντικατάσταση κοιλιοτομών από μικρές «οπές» του κοιλιακού τοιχώματος (1 cm) Εισαγωγή οπτικής ίνας με καθετηριασμό Πλήρης έγχρωμη απεικόνιση της περιοχής ενδιαφέροντος μέσω μικροκάμερας Επιλεκτική εστίαση μέσω του laser που οδηγείται μέσω της ίνας 14 7

8 Εφαρμογές Τηλε-Χειρουργικής "This technology allows me to feel as if I'm in the operating room in North Bay performing a standard surgery. It allows us to connect teaching hospitals to smaller community hospitals to allow the surgeons in these communities to perform technically advanced procedures with confidence and with assistance and support from experts," 15 Ρομπότ Τηλε-Χειρουργικής Puma 560 Το 1965 χρησιμοποιήθηκε από τον Kwoh για τη λήψη νευροχειρουργικών βιοψιών με μεγάλη ακρίβεια. Το 1968 ο Davies και η ομάδα του το χρησιμοποίησαν για διουρηθρική προστατεκτομή Το σύστημα αυτό οδήγησε στην κατασκευή του PROBOT 16 8

9 Ρομπότ Τηλε-Χειρουργικής ROBODOC Η εταιρεία Integrated Surgical Supplies Ltd. στο Sacramento, CA, κατασκεύασε το ROBODOC, ένα ρομποτικό σύστημα που εκτελούσε επεμβάσεις αντικατάστασης ισχίου με μεγαλύτερη ακρίβεια Το ROBODOC ήταν το πρώτο χειρουργικό ρομπότ που έλαβε την έγκριση του FDA (Food and Drug Administration) 17 Ρομπότ Τηλε-Χειρουργικής Σταμέσατηςδεκαετίαςτου80, ομάδα επιστημόνων του ερευνητικού κέντρου Ames της NASA ενδιαφέρθηκαν να αξιοποιήσουν αυτή τη τεχνολογία για να αναπτύξουν τη τηλεχειρουργική Στις αρχές του '90, πολλοί από τους ερευνητές αυτούς συνεργάστηκαν με το Stanford Research Institute (SRI) Σε συνεργασία με επιστήμονες ρομποτικής και ειδικούς στην εικονική πραγματικότητα ανέπτυξαν ρομποτικούς βραχίονες 18 9

10 Ρομπότ Τηλε-Χειρουργικής Με επιδότηση του αμερικάνικου στρατού αναπτύχθηκε σύστημα περισυλλογής των τραυματιών και γρήγορης μεταφοράς σε κοντινή κινητή χειρουργική μονάδα - Mobile Advanced Surgical Hospital (MASH) Το σύστημα έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε πειραματικά μοντέλα, αλλά δεν έχει εφαρμοσθεί ακόμα σε πραγματικούς στρατιώτες στο πεδίο της μάχης. 19 Ρομπότ Τηλε-Χειρουργικής AESOP Η Computer Motion, Inc. ανέπτυξε το ρομπότ AESOP (Automated Endoscopic System for Optimal Positioning) ένα ρομποτικό βραχίονα που κρατάει την ενδοσκοπική κάμερα και τη μετακινεί με φωνητικές εντολές από τον χειρουργό 20 10

11 Ρομπότ Τηλε-Χειρουργικής Μετά από την εμφάνιση του AESOP, η Integrated Surgical Systems (σημερινή Intuitive Surgical) αγόρασε τα δικαιώματα του SRI Green Telepresence Surgery system Το σύστημα υποβλήθηκε σε προσεκτικό επανασχεδιασμό και παρουσιάστηκε ως Da Vinci Surgical System. Μέσα σε ένα χρόνο, η Computer Motion ξεκίνησε να παράγει το ρομπότ Zeus. 21 Υπόθεση...Da Vinci Πραγματοποίηση πληθώρας χειρουργικών επεμβάσεων από απόσταση Μικρές οπές εισόδου 2,5-3 mm Αποτελείται από: την κονσόλα χειρισμού το σύστημα InSite Vision με πραγματική 3D απεικόνιση ευρύ φάσμα εργαλείων EndoWrist ρομποτικό σύστημα 4 βραχιόνων 22 11

12 Υπόθεση...Da Vinci Χειρισμός του συστήματος μέσω της απομακρυσμένης κονσόλας Τρισδιάστατη εικόνα με μεγέθυνση έως και 15 φορές Τηλεχειρισμός 4 ρομποτικών βραχιόνων. Σε κάθε βραχίονα είναι συνδεδεμένο ένα χειρουργικό εργαλείο και στον κεντρικό βραχίονα η κάμερα Στους βραχίονες χρησιμοποιείται η τεχνολογία Endo Wrist, δηλαδή ελευθερία κινήσεων όμοια με αυτή του ανθρώπινου καρπού 23 Υπόθεση...Da Vinci 24 12

13 Υπόθεση...Da Vinci Πραγματοποιεί όλο το φάσμα των λαπαροσκοπικών εγχειρήσεων αλλά και μεγάλο ποσοστό των έως σήμερα παραδοσιακά ανοικτών επεμβάσεων Σήμερα χρησιμοποιούνται ανά τον κόσμο (ΗΠΑ, Ευρώπη και Ασία) περισσότερα από 450 Ρομποτικά Χειρουργικά Συστήματα da Vinci, εκ των οποίων πάνω από 85 λειτουργούν στην Ευρώπη Έγκριση από το FDA τoν Ιούλιο του Υπόθεση...Da Vinci Στη χώρα μας λειτουργεί από το 2006 στο Ιατρικό Κέντρο Αθηνών Έχει τεθεί σε λειτουργία ένα δεύτερο σύστημα στο Υγεία Επίσης εφαρμόζεται αντίστοιχο σύστημα στο Λαϊκό Νοσοκομείο Η λειτουργία του πρώτου ρομποτικού συστήματος στην Ελλάδα ξεκίνησε τον Σεπτέμβριο του

14 Υπόθεση...Da Vinci Το σύστημα Da Vinci είναι κατάλληλο να χρησιμοποιηθεί από πολλές ειδικότητες της χειρουργικής συμπεριλαμβανομένων Γενική Χειρουργική Καρδιοχειρουργική Θωρακοχειρουργική Ουρολογία Γυναικολογία Παιδοχειρουργική Αγγειοχειρουργική Νευροχειρουργική 27 Υπόθεση...Da Vinci Ο κ.κωνσταντινίδης με τους συνεργάτες του, πραγματοποίησαν με επιτυχία τις πρώτες ρομποτικές χειρουργικές επεμβάσεις που περιλαμβάνουν την επέμβαση Heller-Dorr για την αντιμετώπιση της αχαλασίας οισοφάγου την αποκατάσταση διαφραγματοκήλης κατά Nissen Σκωληκοειδεκτομές Χολοκυστεκτομές επεμβάσεις εξωπεριτοναϊκής αποκατάστασης βουβωνοκήλης αποκατάσταση κοιλιοκήλης τοποθέτηση γαστρικού δακτυλίου για νοσογόνο παχυσαρκία εκτομή όγκων οπισθοπεριτοναικού χώρου και κύστεων νεφρού Επινεφριδεκτομές Κ.α 28 14

15 Single-Port Surgery Υπόθεση...Da Vinci 29 Da Vinci Βαθμοί Ελευθερίας 30 15

16 Κλασσική vs Τηλε- Χειρουργική Πίνακας 2. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κλασσικής και της ρομποτικής τηλεχειρουργικής (da Vinci). (Πηγή: Ann Surg 2004 / 31 Κλασσική vs Τηλε- Χειρουργική 32 16

17 Κλασσική vs Τηλε- Χειρουργική 33 Κόστος Τηλε-Χειρουργικής 34 17

18 Επικράτηση Τηλε-Χειρουργικής Το 75% των Αμερικανών χειρουργών δεν θεωρούν συμφέρουσα τη χρήση ενός εργαλείου με τόσο υψηλό κόστος (μελέτη δημοσιευμένη στο American Journal of Surgery). Έχοντας συσσωρεύσει επενδύσεις δισεκατομμυρίων δολλαρίων στην έρευνα για την εξέλιξη της σχετικής τεχνολογίας, τα ρομπότ θα επιβληθούν υποχρεωτικά μέσω του επιθετικού marketing και της διαφήμησης. 35 Πλεονεκτήματα Τηλε-Χειρουργικής Η Τηλεχειρουργική υπόσχεται δύο σημαντικά πλεονεκτήματα που αποτελούν και τους κινητήριους μοχλούς για την ανάπτυξη της απαραίτητης τεχνολογίας: τη δυνατότητα χειρουργικής παρουσίας σε απομακρυσμένα μέρη (στο διάστημα, στον τόπο μιας φυσικής καταστροφής, στο μέτωπο πολεμικών επιχειρήσεων, σε απομονωμένους ερευνητικούς σταθμούς ή στα νησιά ) τη δυνατότητα ενίσχυσης της χειρουργικής δεξιότητας με την αύξηση της ακρίβειας, της σταθερότητας και της ποιότητας της απτικής αίσθησης 36 18

19 Πλεονεκτήματα Τηλε-Χειρουργικής Ενίσχυση χειρουργικής δεξιότητας Ακόμη και με τη χρήση των ισχυρότερων μικροσκοπίων είναι αδύνατη η ελεγχόμενη κίνηση σε απόσταση μικρότερη των 100μm Σε μερικές χειρουργικές εφαρμογές όπως για παράδειγμα στη χειρουργική με λέιζερ του αμφιβληστροειδούς η επιθυμητή ακρίβεια είναι της τάξης των 10-20μm Η αξία της επιθυμητής ακρίβειας έγκειται στο γεγονός πως η τρώση ενός εκ των αγγείων προκαλεί αιμάτωμα και επακόλουθη τύφλωση 37 Πλεονεκτήματα Τηλε-Χειρουργικής «Χειρουργική ακρίβεια» Aνάκτηση της τρισδιάστατης όρασης κατά την διάρκεια των λαπαροσκοπικών επεμβάσεων Ανάκτηση των χαμένων βαθμών ελευθερίας των λαπαροσκοπικών εργαλείων Μειωμένο ρίσκο μόλυνσης 38 19

20 Πλεονεκτήματα Τηλε-Χειρουργικής Μικρότερες τραυματικές επιφάνειες υνατότητα εκτέλεσης μικροχειρουργικών επεμβάσεων ενδοσκοπικά Εκμηδένιση μετεγχειρητικού πόνου, απώλειας αίματος, επιπλοκών Μειωμένη ενδονοσοκομειακή διαμονή Άμεση φροντίδα σε επείγοντα περιστατικά 39 Πλεονεκτήματα Τηλε-Χειρουργικής Το 1993 ο Green στο ανέπτυξε ένα ρομποτικό σύστημα που παρεμβάλλεται μεταξύ του χειρουργού και του αμφιβληστροειδούς του ασθενούς το οποίο φιλτράρει τη χειρουργική κίνηση και αποβάλλει τον ενδογενή μυϊκό τρόμο του ανθρώπινου χεριού (8-14 κύκλοι/1") αποσβένει τη φυσιολογική εκκρεμοειδή κίνηση του βολβού (200 κύκλοι/1") μεταφράζει κατά ακριβή αναλογία την κατά 1εκ. κίνηση του ανθρώπινου χεριού σε κίνηση του άκρου του χειρουργικού εργαλείου κατά 10μ

21 Πλεονεκτήματα Τηλε-Χειρουργικής 41 Περιορισμοί Η μεγαλύτερη δυσκολία για το χειρουργό είναι η θέση από την οποία καλείται να χειρουργήσει τον ασθενή. Ο άξονας μάτι, χέρι, όργανο-στόχος διαταράσσεται

22 Περιορισμοί Η προετοιμασία πριν την χειρουργική επέμβαση απαιτεί τουλάχιστον 30 λεπτά. Αναγκαιότητα συναρμολόγησης των εργαλείων πριν την χρήση τους. Ρύθμιση του συστήματος Κόστος Νομικά ζητήματα 43 Ευχαριστώ 44 22