ROBOTY V CHIRURGII        

VO VŠEOBECNOSTI...

V dnešnej modernej dobe sa roboty používajú v rôznych oblastiach života. Existujú napríklad roboty uľahčujúce domáce práce, robotické hračky, vojenské a priemyselné roboty. Jednou z oblastí, kde majú roboty široké využitie, je medicína. Poznáme viacero okruhov využitia robotov v nemocniciach, ambulanciách alebo v rámci domácej starostlivosti o chorých, prípadne starých ľudí.

V MEDICÍNE...

Medicína dokáže nájsť uplatnenie pre široké spektrum robotov. Používajú sa napríklad vo farmaceutickom priemysle na výrobu liekov. Sú veľmi efektívne pri výrobe a balení a sú schopné pracovať v extrémnych podmienkach žiarenia, ktoré sa používa na zachovanie sterilnosti prostredia. Okrem toho sa aktívne zúčastňujú na výskumných prácach v laboratóriách, kde sa pomocou nich môže denne realizovať špičkovo aj 100 000 pokusov. Ich výhodou je okrem odbremenenia vedeckých pracovníkov od vykonávania rutinných pokusov aj ich urýchlenie a zlacnenie.

V CHIRURGII...

Veľmi dôležitou a zaujímavou oblasťou medicíny, kde sa využíva robotika, je chirurgia. Chirurgická robotika je priame alebo nepriame využitie robotiky pri plánovaní a realizovaní chirurgických zákrokov.

Chirurgickú robotiku rozdeľujeme do dvoch hlavných kategórií. Prvú tvoria chirurgické pracoviská, kde roboty priamo vykonávajú chirurgické zákroky. Táto kategória sa dá rozdeliť na dve podkategórie. V prvej robot priamo vykonáva operáciu dopredu naplánovanú chirurgom, ktorý ju zadal riadiacemu systému robota vo forme programu. Nad robotom potom človek vykonáva počas priebehu chirurgického zákroku dohľad. Druhou podkategóriou je teleprezenčná robotická chirurgia. Robot v nej riadi človek na diaľku. Operácia nemusí byť programovaná dopredu, chirurg vykonáva jednotlivé úkony pomocou ovládačov, dáta sa prenášajú pomocou riadiaceho systému na robot a ten priamo vykonáva zákrok. Chirurg pritom musí disponovať spätnou väzbou, a preto sa senzorické dáta získané robotom (napr. obraz, zvuk) a ďalšie parametre operačného priestoru zasielajú späť chirurgovi, ktorý ich má k dispozícii vizualizované pomocou počítača. Teleprezenčná robotika umožňuje riadiť robot tak, že chirurg môže byť prítomný v operačnej sále, ale nemusí.

Druhou hlavnou kategóriu chirurgickej robotiky sú chirurgické zákroky asistované robotmi. Tu sa roboty nezúčastňujú priamo na modifikovaní ľudského tela, ale vykonávajú iné, s operáciou súvisiace činnosti, ako je napríklad podávanie inštrumentov.

Chirurgické zákroky vykonávané robotmi treba dobre naplánovať a bezchybne zrealizovať. Prebiehajú v niekoľkých fázach. Prvou fázou je získavanie grafických informácií. Používajú sa rôzne metódy umožňujúce dvojrozmerné a trojrozmerné pohľady na ľudské telo a do jeho vnútra. Medzi 2D techniky patrí ultrasonografia, fluoroskopia alebo röntgenová rádiografia. Medzi používané 3D zobrazovacie techniky patria počítačová tomografia (Computer Tomography – CT) a magnetická rezonancia (Magnetic Resonance Imaging – MRI). Ďalším krokom je plánovanie operačného zákroku, ktoré sa deje na základe prezerania modelov ľudského tela zostavených pomocou vizualizačných techník. Chirurg plánuje zákrok tak, aby bolo čo najmenej poškodené zdravé tkanivo pri prieniku k chorému tkanivu a jeho modifikácii. Nasleduje proces tzv. registrácie, pri ktorej je stotožňovaný vizualizovaný model s konkrétnymi štruktúrami pacientovho tela. Posledným krokom je navigácia, pri ktorej sa používajú chirurgické nástroje, vedené pacientovým telom. Ak sa chirurg rozhodne vykonávať operáciu sám, bez využitia robota, predchádzajúce kroky spadajú do oblasti chirurgie asistovanej počítačom; ak vykonáva operačný zákrok robot, či už samostatne, alebo riadený človekom, chirurgický zákrok sa považuje za robotickú chirurgiu.

ČLOVEK VS. ROBOT...  

Medzi lekármi a robotickými chirurgmi sú rozdiely, ktoré spôsobujú, že v niektorých prípadoch sú vo výhode ľudia, v iných roboty.

Veľká výhoda ľudí je v schopnosti využívať inteligenciu pri plánovaní a vykonávaní chirurgických zákrokov, ako aj v presnosti koordinácie sústavy oko – ruka. Možno ich ľahšie a rýchlejšie pred zákrokom inštruovať. Majú však aj hranice,  ktoré nedokážu prekročiť alebo si pri ich prekonávaní musia vypomáhať rôznymi technickými zariadeniami. Taká je napríklad neschopnosť vnímať štruktúry malých rozmerov, únava znižujúca presnosť výkonov a pozornosť chirurga, najmä pri dlhotrvajúcich chirurgických zákrokoch. Nevýhodou je aj relatívne veľký priestor, ktorý si personál v operačných sálach vyžaduje na realizáciu operačného zákroku.

Ľudské telo je neustále zdrojom mikroskopických čiastočiek biologickej povahy, čo znižuje možnosť sterilného zákroku. Niektoré operácie sa vykonávajú za neustáleho žiarenia, čo, samozrejme, neprospieva organizmu chirurga. Ten podstupuje aj riziko infekcie.

Roboty majú pri svojom použití v chirurgických sálach takisto mnohé výhody, ale aj nevýhody. Medzi ich kladné vlastnosti patrí ich geometrická presnosť, stabilita vykonávania úloh v čase. Môžu sa vyrábať v rôznych veľkostiach podľa rozsahu operácií od tých „bežných“ až po mikroskopické chirurgické zásahy. Ich senzory môžu mať širší pracovný rozsah ako zmysly ľudí a roboty môžu disponovať aj širším spektrom senzorov. Na rozdiel od ľudí môžu byť sterilizované a sú odolné radiácii a infekciám. Možno povedať, že chirurgické zásahy vykonávané robotmi patria do oblasti tzv. minimálne invazívnej chirurgie, teda takej, ktorá sa snaží zanechať čo najmenšie pooperačné následky a stopy. Zatiaľ čo v minulosti po operačných výkonoch zostávali jazvy dlhé niekoľko centimetrov, dnes sú jazvy dlhé neraz iba centimeter.

Medzi nevýhody chirurgických robotov patrí ich malá schopnosť usudzovania a hodnotenia okamžitej situácie v operačnom poli a slabá koordinácia typu oko – ruka. Ďalšou nevýhodou je, že konštruovanie týchto robotov je mimoriadne nákladné. Vytvorenie chirurgickej sály používajúcej roboty môže stáť desiatky miliónov korún, údržba chirurgického robota pohltí ročne ďalšie milióny a náklady sú aj s každým operovaným pacientom.

Chirurgické zákroky treba často dopredu plánovať, čo je značná nevýhoda, chirurgický zákrok pomocou robota môže trvať dlhšie ako klasický chirurgický zákrok.

OBLASTI VYUŽITIA…

Robotická chirurgia si našla svoje miesto v oblastiach, ako je ortopédia, neurológia, urológia alebo kardiológia.

V ortopédii sa používajú roboty na získavanie predoperačných dát, ako aj asistovanie pri operáciách a samotné vykonávanie operačných zákrokov. Príkladom je kompletná náhrada bedrového kĺbu, komponentov kolena alebo mäkkých tkanív, pričom roboty pomáhajú predovšetkým v precíznom umiestňovaní tkanív a náhrad.

V oblasti neurochirurgie sa podstatným argumentom v prospech nasadenia robotov stali obmedzenia ľudí týkajúce sa schopnosti používať ruky na vykonávanie zákrokov v mikroskopických rozmeroch. Neurochirurgia sa stala súčasne prvou oblasťou medicíny, kde sa roboty pre svoju precíznosť presadili.

V kardiochirurgii sa s výhodou využíva minimalizovanie invazívnosti chirurgického zákroku realizovaného robotmi. 3D vizualizácia umožňuje vykonávať operačný zákrok tak, akoby bol hrudník pacienta otvorený, využíva sa však väčšie množstvo malých incízií. Oproti otvoreniu hrudníka sa tak zabezpečuje rýchlejšia rekonvalescencia pacienta a menej pooperačných komplikácií.

NIEČO Z HISTÓRIE…

Prvú firmu zaoberajúcu sa robotickou chirurgiou, Computer Motion,  založili v roku 1989. Jej cieľom bolo vytvoriť inteligentnú operačnú sálu a priniesť do nej robotiku. V roku 1995 vznikla pod názvom Intuitive Surgical spoločnosť venujúca sa využívaniu robotiky v chirurgii. Tieto dve spoločnosti sa potom spojili a pôsobia pod názvom Intuitive Surgical.

V roku 1992 vznikla ďalšia spoločnosť venujúca sa tejto oblasti pod názvom Integrated Surgical Systems. Oproti predchádzajúcim dvom spoločnostiam sa venuje odlišnej oblasti chirurgie, jej roboty sú určené na operačné výkony súvisiace s výmenou súčastí bedrového a kolenného kĺbu. V roku 1997 sa spoločnosť Integrated Surgical Systems Inc. rozhodla odkúpiť firmu Innovative Medical Machines (MMI) a rozšírila tak svoje pole pôsobnosti aj do oblasti neurochirurgie.

V roku 2002 bolo podľa štatistík nainštalovaných vo svete 2155 chirurgických robotov a ďalších 75 pri opereáciách asistovalo.

NA ZÁVER...

Chirurgické roboty už dnes nie sú raritou. Úspešne vykonané operácie s asistenciou robota alebo priamo pomocou neho sa počítajú v rádoch desiatok tisíc až státisícov.

Robotická chirurgia zatiaľ nie je schopná úplne nahradiť pri operačných zákrokoch človeka. Nie je totiž schopná realizovať celý reťazec od diagnostikovania cez plánovanie operačného zákroku až po jeho vykonanie sama bez zásahu špecialistu – chirurga. Napriek tomu prináša mnohé zlepšenia postupov, zrýchlenia a spresnenia chirurgických zákrokov a veľa ďalších výhod.

LITERATÚRA

Branislav Madoš: Roboty v medicíne (PC REVUE 12/2005)

Branislav Madoš: Chirurgické roboty (PC REVUE 1/2006)

Branislav Madoš: Roboty v chirurgii (PC REVUE 3/2006)

http://biomed.brown.edu/Courses/BI108/BI108_2005_Groups/04/davinci.html (10.12.2006)

http://www.intuitivesurgical.com/index.aspx (10.12.2006)