רובוט לניתוח אוטונומי של רקמות רכות רשם הצלחה בניסויים בחזירים

רובוט אוטונומי לניתוח חכם של רקמות ( Smart Tissue Autonomous Robot – STAR) במכון לחדשנות כירורגית בילדים ע”ש שייח זיאד בוושינגטון, ביצע לאחרונה ניתוח בחזיר כדי להוכיח יכולת של ניתוחים מרחוק

מנתחים ומדענים מהמכון לחדשנות כירורגית בילדים ע”ש שייח זיאד בוושינגטון, הראו כי אפשר לנתח רקמות רכות בפיקוח רובוטי על גוף חי.
מדעני המכון הם הראשונים שהראו כי ניתוח רקמות רכות רובוטית בפיקוח, אוטונומי על מנותח חי (in vivo) בסביבה כירורגית פתוחה עדיפה בביצועיה על טכניקות קליניות רגילות בסביבה קלינית דינמית (על גוף חי).

המחקר, שפורסם השבוע בכתב העת Translational Science, מדווח על תוצאות של ניתוחי רקמות רכות שנערכו ברקמות חזיר מתות וחיות באמצעות טכנולוגיית כירורגית רובוטית, שפותחה במכון. טכנולוגיה זו מסירה את ידיו של המנתח מההליך, ובמקום זאת הוא משמש כמפקח, כאשר תפירת הרקמות הרכות מתוכננת ומבוצעת באופן אוטונומי על ידי המערכת הרובוטיתSTAR .

רקמות רכות הן הרקמות המחברות, תומכות או מקיפות מבנים ואיברים אחרים בגוף כגון גידים, רצועות, עור, רקמות ליפידים, שומן, שרירים, עצבים וכלי דם. כיום מבוצעות יותר מ-44.5 מיליון ניתוחי רקמות רכות בארה”ב מדי שנה.
“התוצאות שלנו מדגימות את פוטנציאל השימוש ברובוטים אוטונומיים כדי לשפר את היעילות, העקביות, התוצאות והנגישות התפקודיות של טכניקות ניתוחיות,” אמר ד”ר פיטר קים, סגן נשיא עמית ומנתח ראשי, המכון לחדשנות כירורגית בילדים ע”ש שייח זיאד בוושינגטון. “הכוונה בהוכחת היכולת הזאת היא לא להחליף מנתחים, אלא להרחיב את היכולת האנושיות באמצעות ראיה משופרת, כשרון ותבונת מכונה כדי לשפר את התוצאות הכירורגיות.”

ניתוח רקמות קשות בטכנולוגיות רובוטיות הוא כבר הליך שמאומץ במסגרות בריאות רבות עם זאת, החלק של הרקמות הרכות בניתוח הוא ידני לחלוטין, בעיקר בשל שינויים בלתי צפויים באלסטיות של הרקמות הרכות המתרחשים ניתוח, המחייבים את המנתח לבצע התאמות מתמידות .

כדי להתגבר על האתגר הזה, STAR משתמשת במערכת מעקב אחר סמנים פלורסצנטיים באינפרה אדום הקרוב ו- plenoptic הלוכד את המידע שבשדה האור ומספק לרובוט תמונות תלת ממדיות. מערכת זו מאפשרת מעקב מדויק ונטול עיכובים של השינוי בתנועת הרקמות לאורך כל ההליך הכירורגי. מעקב זה בשילוב עם חידוש נוסף של STAR: אלגוריתם חכם אשר מנחה את התכנית הכירורגית ומבצע התאמות באופן עצמאי לתכנית בזמן אמת לפי השינויים ברקמות ושינויים אחרים בזמן אמת. בנוסף יש למערכת יכולת חישה משוכללת, ייצוב תת מילימטרי וכלים כירורגיים מונעים. זרוע רובוטית קלה נמצאת לצד המיטה ומכילה כלי תפירה לפרוסקופיים שתוכננו עבור הרובוט שמשלב שמונה דרגות חופש.

“עד עכשיו, ניתוח רובוט אוטונומי הוגבל ליישומים עם רקמות קשות, כגון חיתוך העצם, כי הם פשוטים יותר לחיזוי” אמר אקסל קריגר PhD,ומוביל טכני של הפרוייקט עבור כלים חכמים במכון שייח זאייד. “באמצעות מעקב רקמות ויישומי מדידת כוח ובשילוב עם תוכנת תפירה אוטומטית, המערכת הרובוטית שלנו יכולה לזהות תנועות רקמות שרירותיות בזמן אמת ולהתאים את עצמה באופן אוטומטי.”

כדי להשוות את מידת היעילות של STAR להליכים כירורגיים זמינים אחרים, המחקר כלל שני ניתוחים שונים שבוצעו על רקמה חזירית מתה, שכללה תפירה ליניארית של המעיים מקצה לקצה לרבות חיבור ללולאות הצינוריות של המעי. התוצאות של כל ניתוח הושוו עם אותו הליך כירורגי שנערך באופן ידני על ידי מנתח מנוסה, על ידי לפרוסקופיה, ועל ידי RAS (Robot-assisted surgery) עם המערכת הכירורגית DaVinci, המשמשת מזה עשרים שנה (תוך פיתוחים של דורות חדשים) לניתוחים רובוטיים.

לאחר מכן בוצעו ארבעה ניתוחים כאלה על חזירים חיים (in vivo) באמצעות טכנולוגיית STAR וכל החזירים שרדו אותו ללא סיבוכים. המחקר השווה את התוצאות הללו לאותו ההליך שהתנהל באופן ידני על ידי מנתח מנוסה באמצעות כלי ניתוח סטנדרטיים.

“בחרנו את המשימה המורכבת של ניתוחי מעיים משום שניתוח זה מבוצע למעלה ממיליון פעמים בארה”ב מדי שנה,” אמר ד”ר קים.

כל הניתוחים הושוו לפי הערכים של המדדים בניתוח לרבות העקביות של תפירה בהתבסס על מרווח תפר ממוצע, הלחץ שבו התפר דלף, מספר טעויות שגרמו להסרת המחט מן הרקמה, זמן סיום והפחתת לומן – מדד להתכווצות גודל פתח הצינור.

ההשוואה הראתה כי הליכים רובוטיים אוטונומיים בפיקוח באמצעות STAR הוכיחו עליונות על ניתוחים המבוצעים על ידי מנתחים מנוסים ובטכניקות RAS הן על רקמות חזיריות סטטיות והן על דגימות חיות בתחומים כגון ריווח תפר עקבי, אשר מסייע לזרז ריפוי, ובעמידה גבוהה נגד לחצים הגורמים לדליפה. דליפות עלולות להוות סיבוך משמעותי בניתוח כזה. טעויות הדורשות הסרת מחט היו מינימאליות והפחתת לומן בניתוחי STAR הייתה בטווח המקובל.

עם זאת ניתוח השליטה הידני לקח פחות זמן, שמונה דקות לעומת 35 דקות עבור הליך STAR המהיר, אולם חוקרים מציינים כי משך ניתוח STAR היה דומה לממוצע ניתוח לפרוסקופי רגיל שנע בין 30 ל-90 דקות, בהתאם למורכבות ההליך.

ד”ר קים אמר כי ניתוח רובוטי אוטונומי של רקמות רכות הוכח יעיל, הצעד הבא במחזור הפיתוח יהיה מזעור נוסף של החיישנים ושיפורם כדי לאפשר שימוש רחב יותר של מערכת STAR. לדבריו, עם השותף המסחרי הנכון, ניתן להביא חלק מהטכנולוגיה או את כולה לשימוש קליני בשנים הקרובות.

מכון החדשנות בכירורגית על שם שייח זאייד בכירורגיית ילדים הוא מרכז של חדשנות בניתוחי ילדים במטרה להופכם פחות פולשניים ונטולי כאבים. הוא נוסד בשנת 2010 בתרומה של 150 מיליון דולר מממשלת אבו דאבי. כיום מעסיק המכון למעלה מ-20 חוקרים ו-70 אנשי צוות טכני ומדעי, לרבות תלמידים לתארים מתקדמים ועמיתים.
המכון נתמך על ידי למעלה מ-600 רופאים מדענים קלינאים מהמכון הארצי למחקר כירורגית ילדים.

להודעה של החוקרים

למאמר המדעי