Robot chirurgiczny ZEUS

Zrobotyzowany system chirurgiczny ZEUS

Zrobotyzowany system chirurgiczny ZEUS – zdalnie sterowany robot medyczny wykorzystywany w chirurgii laparoskopowej do zabiegów małoinwazyjnych. Stworzony został przez amerykańską firmę Computer Motion. Rozwijany był od początku lat 90 XX wieku, zaś dopuszczony na rynek w 2001 roku przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków. Zeus posiada 3 ramiona robota, które mogą być zdalnie wykorzystywane przez chirurga za pomocą konsoli sterującej. Pierwsze ramię – AESOP (Zautomatyzowany System do Optymalnego Pozycjonowania Endoskopów) to sterowana głosem kamera endoskopowa, umożliwiająca otrzymanie trójwymiarowego obrazu ciała pacjenta oraz działań robota podczas operacji. Dwa pozostałe ramiona, symulujące prawą i lewą rękę lekarza pozwalają zaś na przeniesienie w obręb stołu operacyjnego precyzyjnych ruchów chirurgicznych wykonywanych za pomocą manipulatorów konsoli sterującej. Produkcji robota zaprzestano w 2003 roku na skutek połączenia firm Computer Motion oraz Intuitive Surgical, produkującej konkurencyjnego robota Da Vinci. To właśnie na rozwoju tego rozwiązania skupili się specjaliści z Intuitive Surgrical po przeprowadzeniu fuzji przedsiębiorstw.

Historia

AESOP

Na początku lat 90 XX wieku, dzięki współpracy z NASA firma Computer Motion rozpoczęła badania nad systemem automatycznego pozycjonowania kamery endoskopowej podczas operacji. Urządzenie miało pozwalać na otrzymywanie obrazu wnętrza ciała pacjenta, umożliwiając przy tym łatwe manewrowanie kamerą, tak by wyeliminować potrzebę uczestnictwa dodatkowego członka zespołu chirurgicznego, którego zadaniem było sterowanie endoskopem. Zaangażowanie NASA w ten projekt wynikało z faktu chęci wykorzystania w przyszłości tej technologii do serwisowania satelitów oraz promów kosmicznych. Misje naprawcze w kosmosie, podobnie jak sterowanie kamerą endoskopową wymagają bowiem wysokiej precyzji ruchów. W 1994 roku AESOP został zatwierdzony przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków, co pozwoliło na powszechne wykorzystanie tego systemu w szpitalach. Pierwsze wersje sterowane były za pomocą nożnych pedałów, w kolejnych wykorzystano sterowanie głosem. Pozwoliło to na uwolnienie chirurgów od ciężaru koncentracji na kontroli kamery, a już jako część robota chirurgicznego ZEUS, AESOP stał się operacyjnym systemem wizyjnym, umożliwiając lekarzowi nieprzerwane operowanie pozostałymi ramionami robota.

ZEUS

Koncept robota medycznego, służącego do przeprowadzania zabiegów laparoskopowych powstał podobnie jak AESOP na początku lat 90 XX wieku. Od początku powstania ZEUS stanowił rozwinięcie AESOPa (AESOP stanowi jedno ramię robota ZEUS). Jednym z głównych celów, jaki przyświecał rozwojowi tego systemu była chęć stworzenia robota zdolnego do przeprowadzenia teleoperacji w dowolnym miejscu na świecie lub w przestrzeni kosmicznej. Pierwszy prototyp zbudowano w 1995 roku, a testy z użyciem zwierząt odbyły się w 1996 roku. W 1998 roku przeprowadzono zabiegi reanastomozy jajowodów oraz pomostowania aortalno-wieńcowego. W późniejszym czasie testowano wykonywalność oraz możliwości wykorzystania ZEUSa podczas operacji laparoskopowych w dziedzinach chirurgii ogólnej, ginekologii, urologii oraz pediatrii. W 2000 roku robot zdolny był do operowania 28 różnymi narzędziami chirurgicznymi, a w 2001 roku został zatwierdzony na rynek amerykański przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków.

Fuzja firm Computer Motion i Intuitive Surgical

7 marca 2003 roku firma Computer Motion oraz Intuitive Surgical (która produkowała konkurencyjnego do ZEUSa robota Da Vinci) zostały połączone w jedno przedsiębiorstwo, mające za zadanie dalszy rozwój robotów medycznych oraz zwiększenie skuteczności tej technologii. Zakończyło to okres sporów prawniczych o naruszenie patentów pomiędzy firmami. Nowa firma Intuitive Surgical wkrótce potem zakończyła produkcję robota ZEUS na rzecz rozwoju systemu Da Vinci.

Budowa

Opis budowy

System chirurgiczny ZEUS składa się z dwóch niezależnych podsystemów (tzw. „strona pacjenta” oraz „strona chirurga”). Strona chirurga składa się z konsoli sterowania robotem, zaś strona pacjenta zawiera część wykonawczą – 2 ramiona, które wykonują ruchy przekazane poprzez manipulatory konsoli oraz jedno ramię służące do kontroli kamery endoskopowej, sterowane głosowo (AESOP). Ramiona robota posiadają różnorodne końcówki z narzędziami chirurgicznymi, identycznymi jak w standardowej operacji. Robot przymocowany do stołu operacyjnego (każde ramię jest niezależne), kontrolowany jest przez komputer zintegrowany z konsolą, zawierającą monitory (dające obraz z kamer endoskopowych oraz urządzeń kontrolujących stan pacjenta) przed którymi siedzi chirurg. Interfejs sterujący pozwala na wyeliminowanie drżenia rąk chirurga oraz przeskalowanie zakresu ruchu. Najnowsze wersje ZEUSa wyposażone są także w ergonomiczne uchwyty oraz trójwymiarowy system obrazowania, na który składają się dwie kamery nagrywające z częstością 30 klatek na sekundę. Obraz jest przesyłany do komputera, skąd po modyfikacji trafia na monitor zawierający dwa filtry polaryzacji. Dzięki okularom o analogicznej polaryzacji szkieł, chirurg prawym okiem obserwuje obraz z prawej kamery, a lewym z lewej, co powoduje powstanie wrażenia 3D.

Dodatkowe cechy konsoli sterującej

• Pełna dowolność w ustawieniu konsoli sterującej.
• Możliwość uruchomienia całego systemu w mniej niż 15 minut.
• Możliwość dostosowania ustawień do preferencji chirurga.
• Nożny pedał sprzęgła umożliwiający łatwe załączanie oraz rozłączanie robota.
• Technologia MicroWrist zamieniająca ruchy chirurga na precyzyjne ruchy robota redukujące drżenie rąk.
• Nieograniczone skalowanie ruchu, dostępne poprzez ekran dotykowy lub komendy głosowe.
• Możliwość zapisania do 3 różnych pozycji kamery endoskopowej.
• Dodatkowe złącza do podłączenia głośników lub innych urządzeń oraz dostęp do komputera.

Dodatkowe cechy robota

• Precyzja rzędu 3,5-5mm instrumentów chirurgicznych oraz położenia kamery.
• Możliwość montażu ponad 40 kompatybilnych narzędzi chirurgicznych od różnych producentów.
• Narzędzia chirurgiczne wielokrotnego użytku spełniające rygorystyczne wymagania sali operacyjnej oraz mechanizm ich łatwej sterylizacji.
• Możliwość szybkiej i bezproblemowej zmiany narzędzi chirurgicznych trzymanych przez ramiona robota.
• Ramiona robota o sześciu stopniach swobody.
• System zapewniający bezpieczeństwo pacjenta w przypadku awarii lub nagłych, niebezpiecznych ruchów.

Kliniczne zastosowanie robota ZEUS

Kardiochirurgia

ZEUS został zaprojektowany przede wszystkim do przeprowadzania operacji kardiochirurgicznych. Z czasem jednak, po przeprowadzeniu testów rozszerzono jego zastosowanie na inne dziedziny chirurgii. Przy pomocy ZEUSa wykonywane są zabiegi kardiochirurgiczne na otwartym sercu. W czasie badań nad systemem dowiedziono skuteczności leczenia w następujących zabiegach:

• pobranie tętnicy piersiowej
• pomostowanie aortalno-wieńcowe
• wymiana zastawki mitralnej
• Zamknięcie przetrwałego przewodu tętniczego

Chirurgia jamy brzusznej

W październiku 2001 roku ZEUS otrzymał pierwsze, ograniczone pozwolenie od Amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków. Dotyczyło ono dopuszczenia robota przy zabiegach laparoskopowych jamy brzusznej. Od tego momentu rozpoczęły się badania, mające na celu sprawdzenie skuteczności robota w warunkach klinicznych. Przeprowadzono wiele zabiegów cholecystektomii oraz fundoplikacji Nissena, w wyniku których dowiedziono, że mimo dłuższego czasu trwania operacji, czas rekonwalescencji pacjentów jest krótszy, zaś prawdopodobieństwo komplikacji niższe.

Ginekologia

Poza zabiegiem reanastomozy jajowodów, który przeprowadzono w 1998 roku, jako jedną z pierwszych operacji z użyciem robota ZEUS, wykonano również serię zabiegów zespolenia jajowodów po ich wcześniejszym podwiązaniu. Wszystkie z nich zakończyły się sukcesem bez dalszych komplikacji. Sześć tygodni po operacji badania radiologiczne wykazywały 89-procentową skuteczność metody.

Urologia

W trakcie klinicznych badań nad wykorzystanie ZEUSa wykonano także 10 dysekcji węzłów chłonnych, miednicznych u pacjentów z rakiem gruczołu krokowego. Porównując wyniki zabiegów z wykorzystaniem robota z identyczną liczbą tradycyjnych operacji okazało się, że obie metody wykazywały bardzo podobną skuteczność, zaś czas operacji był dłuższy w przypadku korzystania z ZEUSa.

Teleoperacje

ZEUS z racji swojej konstrukcji jest również zdolny do przeprowadzenia teleoperacji. Konsola chirurga, dająca pełen obraz działań robota może być zlokalizowana w dowolnej odległości od części wykonawczej o ile pozwalają na to parametry łącza telekomunikacyjnego. Pierwszą międzykontynentalną teleoperację na świecie przeprowadzono 7 września 2001 roku, przy udziale robota ZEUS. Projekt znany jako Operacja Lindbergh’a polegał na zabiegu usunięcia pęcherzyka żółciowego (cholecystektomia) 68-letniej pacjentce znajdującej się w Strasburgu przez lekarza znajdującego się w Nowym Jorku. Za pomocą przełączników konsoli sterującej i bezpiecznego połączenia telekomunikacyjnego chirurg doktor Jacques Marescaux posiadał pełną kontrolę nad robotem. Operacja zakończyła się powodzeniem po 54 minutach. W 2003 roku doktor Mehran Anvari korzystał z robota ZEUS w swoim projekcie telementoringu – zdalnego asystowania przy operacjach. Projekt miał na celu próbę wdrożenia teleoperacji w warunkach szpitalnych oraz zbadanie tej technologii pod względem możliwości edukacyjnych (kształcenie przyszłych chirurgów). W ciągu 2 lat przeprowadzono 21 operacji laparoskopowych. Czas spędzony na zadaniach chirurgicznych był podzielony pomiędzy mentorem a stażystą. Skorzystano przy tym z powszechnie dostępnej sieci internetowej o przepustowości 15 Mb/s.

Ograniczenia robota ZEUS

ZEUS posiada pewne ograniczenia, które mogą obniżyć efektywność działań chirurga i skuteczność operacji. Wady robota to między innymi:

• Dłuższy czas trwania operacji w porównaniu do tradycyjnych metod.
• Duże wymiary robota, powodujące logistyczne problemy na sali operacyjnej.
• Brak możliwości odczuwania poprzez konsolę sterowania sprzężenia zwrotnego od ciała pacjenta. Lekarz musi polegać tylko na obrazie wizualnym.
• Tylko 6 stopni swobody ramion robota.
• Słabość obrazowania 3D oraz konieczność noszenia przy tym specjalnych okularów, co powoduje zmęczenie oczu oraz problemy z precyzyjnym szacowaniem odległości.
• Nieintuicyjny interfejs sterowania.
• Wysoki koszt zakupu robota. W 2003 roku ZEUS kosztował 975 000 dolarów amerykańskich.

Niektóre ograniczenia zostały zniwelowane po połączeniu firm Computer Motion i Intuitive Surgical, które doprowadziło do rozwoju tylko jednego robota chirurgicznego - Da Vinci.

Zobacz też

• Przykładowy link

{{Przypisy}} Nieprawidłowe pola: przypisy.

Bibliografia

• 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 strony w książce
• Charles R. Doarn, Gerald R. Moses: Overcoming Barriers to Wider Adoption of Mobile Telerobotic Surgery: Engineering, Clinical and Business Challenges. W: Rosen, Jacob, Hannaford, Blake, Satava, Richard M.: Surgical Robotics. Systems Applications and Visions. Springer, 2011. DOI: 10.1007/978-1-4419-1126-1_4. ISBN 978-1-4419-1125-4. (ang.).brak strony w książce
• Zeus; Robotic Surgical System. [dostęp 2013-05-06]. (ang.).
• Oracle ThinkQuest: Robotic Surgery, The Zeus System. [dostęp 2013-05-06]. (ang.).
• Robotics: the Future of Minimally Invasive Heart Surgery. [dostęp 2013-05-06]. (ang.).
• Robot medyczny Zeus do zabiegów małoinwazyjnych. [dostęp 2013-05-06]. (pol.).

Linki zewnętrzne

• Tutaj możesz podać linki do stron WWW niebędących źródłem informacji występujących w artykule, ale istotnie go uzupełniających