Robot chirurgiczny da Vinci

Robot chirurgiczny da Vinci - część znajdująca się po stronie pacjenta.

System chirurgiczny da Vinci – system robota medycznego stworzony przez amerykańską firmę Intuitive Surgical. Został zaprojektowany w celu ułatwienia wykonywania skomplikowanych zabiegów chirurgicznych, korzystając z podejścia małoinwazyjnego. Znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach chirurgii, jego szczególną przydatność odnotowuje się w zabiegach urologicznych, kardiologicznych oraz ginekologicznych.

System składa się z dwóch odrębnych części – konsoli chirurgicznej, która odpowiada za sterowanie oraz robota medycznego, posiadającego w zależności od wersji od 3 do 4 ramion. Roboty da Vinci są wykorzystywane w szpitalach na całym świecie. W 2012 roku przeprowadzono przy jego pomocy około 200 000 operacji, najczęściej histerektomii oraz usunięcia prostaty (prostatektomia). Do stycznia 2013 roku sprzedano ponad 2000 sztuk robota. Wersja „Si” systemu z 2009 roku to koszt około 2 milionów dolarów amerykańskich, zaś koszty eksploatacji wynoszą kilkaset tysięcy dolarów rocznie.

Da Vinci pojawił się na rynku w 1999 roku. Nazwa pochodzi od nazwiska Leonardo da Vinci, któremu przypisuje się pierwszy w dziejach projekt robota.

Historia

Powstanie robota

Na początku lat 90. XX wieku przeprowadzano pierwsze badania nad wykorzystaniem osiągnięć robotyki w warunkach szpitalnych. Powstały wtedy pierwsze prototypy takich robotów jak AESOP i ZEUS. Szczególne zainteresowanie budził pomysł wykorzystania zdalnej chirurgii na polu bitwy, dlatego w projekt finansowania badań nad tą technologią zaangażowała się amerykańska Agencja Zaawansowanych Obronnych Projektów Badawczych (DARPA). Wsparcie otrzymały znane ośrodki naukowe – Stanford Research Institute oraz laboratorium sztucznej inteligencji MIT. Wizja militarnego wykorzystania robotów chirurgicznych polegała na możliwości udzielenia natychmiastowej, zdalnej pomocy medycznej żołnierzom, bezpośrednio na linii frontu, pod kontrolą chirurgów znajdujących się w bezpiecznych lokalizacjach.

W 1995 roku, wskutek coraz dojrzalszych projektów stworzono firmę Intuitive Surgical Devices, która najpierw zakupiła technologię od SRI, a następnie zaczęła zatrudniać doświadczonych specjalistów z dziedziny robotów medycznych między innymi z MIT oraz IBM. W ciągu 3 lat od momentu sformowania zespołu w 1996 roku powstały 3 generacje prototypów, zdolnych do przeprowadzania pierwszych prób na zwierzętach oraz ludziach. W 1999 roku, produkt o nazwie "System Chirurgiczny da Vinci" wszedł na rynek europejski. W pierwszej ofercie publicznej w czerwcu 2000 roku firma Intuitive Surgical osiągnęła zysk w wysokości 46 milionów dolarów, a miesiąc później robot chirurgiczny da Vinci otrzymał pozwolenie od Amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków na wykorzystanie w chirurgii ogólnej. Kolejne pozwolenia w 2001 roku dotyczyły zabiegów prostatektomii radykalnej oraz toraskopii.

ZEUS a da Vinci

W 2000 roku firma Intuitive Surgical została pozwana o naruszenie patentów przez firmę Computer Motion, produkującą konkurencyjnego robota ZEUS. Celem projektu ZEUSa było dostarczenie urządzenia zdolnego do przeprowadzenia operacji laparoskopowych z wyższą od ludzkiej precyzją. Podejście twórców robota da Vinci było inne. Robot miał umożliwić przeprowadzenie tradycyjnej operacji ze wszystkimi zaletami płynącymi z podejścia małoinwazyjnego. Z tego względu początkowo robota ZEUS wykorzystywano w laparoskopii, zaś da Vinci w tradycyjnych zabiegach. Z czasem jednak ZEUS stawał się coraz bardziej podobny do da Vinci pod względem technologicznym. W 2003 roku doszło do połączenia firm Computer Motion oraz Intuitive Surgical, co zakończyło okres prawnej batalii o patenty. Stopniowo zaczęto wycofywać z rynku robota ZEUS, na rzecz jednego rozwiązania – da Vinci.

Budowa

System chirurgiczny da Vinci jest urządzeniem typu Master-Slave, gdzie część sterowniczą stanowi konsola z intuicyjnym interfejsem użytkownika (Master), zaś część wykonawczą stanowi robot medyczny o 4 interaktywnych ramionach, posiadających 7 stopni swobody. Da Vinci oparty jest na 4 głównych komponentach do których poza konsolą chirurga oraz robotem właściwym po stronie pacjenta należą również narzędzia chirurgiczne EndoWrist oraz system wizyjny 3D.

Konsola chirurgiczna

Konsola sterownicza może być położona w dowolnej odległości od pacjenta o ile pozwalają na to parametry łącza telekomunikacyjnego. Jest ona w pełni przystosowana do przeprowadzania teleoperacji. Chirurg, wykonując zabieg siedzi przy ergonomicznym stanowisku, które złożone jest z systemu wizyjnego oraz narzędzi sterujących. Obraz ciała pacjenta podczas operacji otrzymywany jest poprzez specjalny wizjer (binokular), zdolny do wyświetlania w technologii 3D. Manipulatory konsoli umieszczone są w sposób ergonomiczny, na wysokości rąk lekarza, tak aby sterowanie robotem przypominało operowanie narzędziami chirurgicznymi.

Robot chirurgiczny

Robot da Vinci składa się z 4 ramion robota, mających bezpośredni kontakt z pacjentem. Trzy ramiona wyposażone są w narzędzia chirurgiczne EndoWrist. Dwa z nich reprezentują prawą i lewą rękę chirurga, trzecie stanowi uzupełnienie, pozwalające na zwiększenie wydajności i możliwości robota. Istnieją także wersje o 3 ramionach, z których 2 posiadają narzędzia chirurgiczne. Ostatnie ramię służy do sterowania kamerą endoskopową w ciele pacjenta, eliminując tym samym konieczność obecności na sali operacyjnej dodatkowego asystenta, odpowiedzialnego za trzymanie kamery. Niewielkie rozmiary ramion pozwalają na przeprowadzanie operacji przy minimalnym nacięciu ciała pacjenta (1 – 2 cm), co minimalizuje ryzyko uszkodzenia tkanek.

Narzędzia EndoWrist

Chirurg w czasie trwania zabiegu ma do dyspozycji zestaw narzędzi chirurgicznych w opatentowanej technologii EndoWrist. Narzędzia te zostały zaprojektowane, by naśladować zręczność ludzkiej dłoni oraz nadgarstka. Posiadają 7 stopni swobody, potrafią się także zginać pod kątem 90 stopni. Każde z nich posiada specyficzne właściwości, takie jak zaciskanie, zakładanie szwów oraz manipulacja tkankami. Odznaczają się łatwą wymienialnością podczas operacji, dzięki specjalnym dźwigniom przy ramionach robota. Układ wyposażony jest także w system redukcji efektu drżenia rąk oraz kompensacji gwałtownych ruchów chirurga. Narzędzia te sterowane są za pomocą konsoli chirurgicznej – odpowiednie ruchy dłoni, kciuków oraz nadgarstków (z możliwością skalowania zakresu ruchu) zamieniane są na precyzyjne ruchy ramion robota oraz narzędzi chirurgicznych.

System wizyjny 3D

System wizyjny robota da Vinci wyposażony jest w kamery, dostarczające trójwymiarowy obraz ciała pacjenta o wysokiej jakości oraz sprzęt do jego przetwarzania. Generowany przez endoskopy obraz jest uwydatniany oraz optymalizowany przy użyciu odpowiednich filtrów, niwelujących wszelkie szumy i zakłócenia. Wrażenie trójwymiarowości zapewniają dwie kamery, z których zsynchronizowane obrazy są na siebie nakładane, a następnie przekazywane do binokularu konsoli sterującej, gdzie prawe oko chirurga postrzega obraz z prawej kamery, zaś lewe odpowiednio z lewej. Przy pomocy konsoli istnieje możliwość zmiany parametrów obrazu takich jak kontrast lub powiększenie.

Zastosowanie

System chirurgiczny da Vinci stosowany jest w szpitalach na całym świecie do przeprowadzania zabiegów małoinwazyjnych, gdzie wymagana jest wysoka precyzja. W wielu dziedzinach chirurgii ceniony jest za krótki okres rekonwalescencji po operacji, mniejszą utratę krwi oraz mniejsze prawdopodobieństwo komplikacji. System da Vinci stosowany jest w następujących dziedzinach i zabiegach:

• W kardiochirurgii: naprawa zastawki dwudzielnej, rewaskularyzacja wieńcowa.
• W proktologii: kolektomia, niska przednia resekcja.
• W chirurgii ogólnej: znajduje zastosowanie w leczeniu chorób pęcherzyka żółciowego, achalazji przełyku, otyłości.
• W ginekologii: histerektomia, miomektomia, sakrokolpopexia.
• W urologii: prostatektomia, cystektomia, częściowa nefrektomia.

Wady

Wadą robota da Vinci w porównaniu do tradycyjnych metod jest wysoki koszt zakupu urządzenia wynoszący co najmniej 1 milion dolarów amerykańskich. Z tego względu niewiele szpitali w skali całego świata jest wyposażonych w tego typu robota chirurgicznego. W Polsce znajduje się jeden egzemplarz – w Wojewódzkim Szpitalu Specjalistycznym we Wrocławiu. Także rozwój umiejętności obsługi i sterowania robotem w stopniu zadowalającym jest czasochłonny oraz wymaga dużych nakładów finansowych. System da Vinci nie został również wyposażony w technologię haptyczną. Chirurg wykonując działania operacyjne nie ma możliwości otrzymania sprzężenia zwrotnego od ciała pacjenta lub narzędzi chirurgicznych. Musi polegać wyłącznie na obrazie wizualnym, co zmniejsza efektywność i może prowadzić do popełniania błędów.

Teleoperacje

System da Vinci ma możliwość wykonywania zabiegów telechirurgicznych. W marcu 2005 roku doszło do pierwszej prezentacji tej technologii przy użyciu robota firmy Intuitive Surgical. Konsola sterowania zlokalizowana była w laboratoriach Uniwersytetu Cincinnati (w stanie Ohio), a robot właściwy wykonywał działania chirurgiczne w laboratoriach Intuitive Surgical w Sunnyvale (w stanie Kalifornia). Zabieg nefrektomii przeprowadzony był na uśpionej świnii, korzystając z niededykowanego połączenia internetowego. Ten sam zabieg powtórzono w kwietniu 2005 roku między Denver a Sunnyvale. Poza pierwszą teleoperacją z użyciem robota da Vinci, była to również pierwsza teleoperacja, w której jednocześnie działania chirurgiczne wykonywało dwóch lekarzy (jedna konsola była zdalna, druga znajdowała się po stronie pacjenta). Z wyników tych eksperymentów skorzystano podczas rozwoju kolejnych wersji systemu da Vinci.

Kontrowersje wokół systemu da Vinci

Na początku 2013 roku Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków rozpoczęła badania na temat korzystania z robota da Vinci wśród chirurgów wykonujących zabiegi przy pomocy tego systemu. Stało się to na skutek zwiększonej liczby zgłoszeń na temat problemów podczas przeprowadzania tego typu operacji, których efektem były komplikacje, okaleczenia lub nawet śmierć pacjentów. Raporty składane od początku 2013 roku wskazywały na wiele nieprawidłowości, w tym operację kobiety, która zmarła na skutek przypadkowego przecięcia przez chirurga naczynia krwionośnego podczas zabiegu histerektomii lub zabieg chirurgiczny śledziony z 2007 roku, podczas którego doszło do przebicia części jelit pacjenta, czego efektem było śmiertelne zakażenie. Chirurg wówczas operujący, pierwszy raz wykonywał zabieg na człowieku przy pomocy da Vinci. Zdarzały się także problemy z samym robotem, takie jak brak możliwości otwarcia chwytaka narzędzi chirurgicznych, które podtrzymywały tkankę podczas chirurgii jelita grubego lub uderzenie w twarz pacjentki przez ramię robota podczas histrektomii. Przypadki te wywołały serię oskarżeń wobec firmy Intuitive Surgical oraz kontrowersje wokół jakości i skuteczności systemu da Vinci.

Kalendarium rozwoju systemu

• 1999 – wejście systemu da Vinci na rynek.
• 2003 – zmniejszenie średnicy instrumentów chirurgicznych (z 8 do 5mm), dodano czwarte ramię robota oraz interfejs odpowiedzialny za jego obsługę, zwiększono liczbę kompatybilnych narzędzi chirurgicznych z 6 do ponad 50.
• 2006 – wejście na rynek wersji „S” robota. Zmniejszono czas uruchamiania o połowę, zmniejszono wielkość i wagę ramion robota oraz udoskonalono procedurę ich produkcji i serwisowania, zwiększając jednocześnie zakres ruchu. Wprowadzono system video WXGA o wysokiej jakości obrazu (rozdzielczość 1280x768, jakość zbliżona do 720p), wyświetlacze dotykowe po stronie pacjenta oraz ulepszenia architektury dla większej niezawodności, szybszego, przyszłego rozwoju i odporności na błędy.
• 2009 – wejście na rynek da Vinci Si, w którym skupiono się na dopracowaniu platformy oraz zaspokojeniu potrzeb dojrzewającego rynku. Konsola chirurga otrzymała większe możliwości regulacji, poprawy w zakresie ergonomii, a także wyższej rozdzielczości monitory 3D (SXGA) i uproszczony interfejs użytkownika. System wizyjny został wyposażony w wyższej rozdzielczości ekrany dotykowe (WXGA+, 1440x900), a także łatwiejsze ustawienia. Da Vinci zyskał także możliwość operowania jednym robotem za pomocą dwóch konsol sterowniczych.

{{Przypisy}} Nieprawidłowe pola: przypisy.

Bibliografia

• Simon DiMaio, Mike Hanuschik, Usha Kreaden: The da Vinci Surgical System. W: Rosen, Jacob, Hannaford, Blake, Satava, Richard M.: Surgical Robotics. Systems Applications and Visions. Springer, 2011. DOI: 10.1007/978-1-4419-1126-1_9. ISBN 978-1-4419-1125-4. (ang.). Brak numerów stron w książce

• Vimal K., Narula MD, W. Scott Melvin MD: Robotic Surgical Systems. W: Vipul R., Patel MD: Robotic Urologic Surgery. Springer, 2007. DOI: 10.1007/978-1-84628-704-6_2. ISBN 978-1-84628-545-5. (ang.). Brak numerów stron w książce

• Rachid Yakoubi, Shahab Hillyer, Georges-Pascal Haber: Ashish Dutta: Robotic Urological Surgery: State of the Art and Future Perspectives. InTech, 2012. DOI: 10.5772/26591. ISBN 978-953-307-941-7. (ang.). Brak numerów stron w książce

• History of the da Vinci Surgical System. 2011-12-13. [dostęp 2013-05-06]. (ang.).

• Robot chirurgiczny da Vinci. [dostęp 2013-05-06]. (pol.).

• da Vinci Surgery. [dostęp 2013-05-06]. (ang.).

Linki zewnętrzne

• Oficjalna strona firmy Intuitive Surgical (ang.)