Robotica in Chirurgia stato dell’arte e nuove tecnologie Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” Tecnologie Chirurgiche Innovative (Prof. Francesco Rulli, Dipartimento di Chirurgia) Robotica in Chirurgia stato dell’arte e nuove tecnologie Francesco Rulli

Storia della robotica in chirurgia 1985: Kwoh, Young et al. primo robot utilizzato su un paziente per neurochirurgia PUMA 260 – 22 pazienti 1989: Lavallée, Benabid et al. primo paziente in neurochirurgia robot industriale modificato ancora in uso (Neuromate) 1991: Davies et al. primo paziente per TURP PUMA 560 1992: primo paziente in chirurgia dell’anca ROBODOC (ISS Inc.) ancora in uso 1994: AESOP – Endoscope holder for laparoscopic procedures prima concessione FDA (Computer Motion Inc.) 1998: primo CABG con DaVinci (Intuitive Surgical, Inc.) 2001: Operazione Lindbergh teleoperazione New York / Strasburgo con sistema ZEUS (CMI)

Sistemi semplici AESOP® Sistemi di posizionamento e estrazione utilizzati per aiutare il chirurgo durante l’operazione Bracci di supporto per la laparoscopia capaci di cambiare la loro posizione in accordo con le necessità del chirurgo Esempio: AESOP® Automated Endoscopic System for Optimal Positioning

Sistemi complessi ZEUS da Vinci™ Sistemi master-slave composti da: Esempi: ZEUS da Vinci™ Sistemi master-slave composti da: Manipolatori End-effectors Endosensori (di forza, pressione, campo elettrico, radioattività…) Sistemi di visione 3-D Interfaccia uomo-macchina

da Vinci™

ZEUS

Vantaggi derivanti dall’utilizzo di sistemi robotici Soluzione alle limitazioni ergonomiche e visive dei sistemi di laparoscopia (più gradi di libertà, visione 3D) Elevata precisione (filtraggio del tremore, motion scaling) Ideali per compiti ripetitivi (suture) Telechirurgia Riduzione della perdita di sangue e del dolore Ridotta invasività (incisioni da 7 a 12 mm per trocar) Riduzione dei tempi post-operatori Minor impiego di personale in sala operatoria Training

Svantaggi Costo (ZEUS: $975,000; daVinci: $ 1,000,000) (strumentazione daVinci: $1,400-2,500, limitata a dieci sessioni) Curva di apprendimento (12-18 pazienti, circa 40 ore) Tempi operatori prolungati per il personale non specializzato (paziente più a lungo sottoposto ad anestesia e alla macchina cuore-polmoni) Diffidenza del paziente e/o del chirurgo Non ci sono evidenze di problemi relativi a guasti o procedure scorrette (buone misure di sicurezza)

Imaging 3D e visualizzazione False 3-D imaging Due immagini create, una sfasata o ritardata rispetto all’altra Interlacciate a 120 Hz su singolo schermo Mancanza di percezione di profondità Utilizzo di shutter glasses sincronizzati True 3-D imaging Due immagini create da due diverse camere Percezione di profondità dovuta alla visione binoculare Utilizzo di caschetto provvisto di due display oppure di visione immersiva

Imaging 3-D: Virtual Retinal Display Vantaggi dell’utilizzo: Risoluzione Colori Ergonomicità Alimentazione Scalabilità Costo

Manipolatori e end-effectors Miglioramento dei precedenti sistemi laparoscopici in termini di ergonomicità e gradi di libertà Sistema endowristTM Utilizzo del principio degli elementi di Müglitz per l’orientazione di strumenti di chirurgia laparoscopica Esempio di sutura

Interfaccia uomo-macchina: force-feedback e interfacce aptiche Diversi sistemi possono essere implementati per migliorare le capacità umane e rendere virtualmente azzerata la distanza tra le mani del chirurgo e gli end-effectors nel corpo del paziente Sensori sul sistema slave attivo Dispositivi in grado di trasmettere sensazioni di forza e tattili all’utente, responsabili della scalabilità del movimento e del filtraggio del tremore fisiologico del chirurgo Sensazioni sul sistema master passivo

Interfacce aptiche: training Queste interfacce sono largamente utilizzate a scopo di simulazione e didattica nell’ambito della chirurgia robotica Sistema Kismet

Telechirurgia 7/09/2001: Operazione Lindbergh Colecistectomia su una donna 68enne con sistema ZEUS Distanza: oltre 6200 km (New York – Strasburgo) Ritardo medio: 155 ms (300 ms soglia limite di sicurezza) con sistema di fibre ottiche ATM Ritardo limite di un segnale affinché non venga percepito dal chirurgo: 6 ms Necessità di semiautonomia per operare in telechirurgia a grande distanza (più di 10 mila km)

Chirurgia tradizionale e robotica a confronto Laparoscopia Chirurgia Robotica Tempo operazione 3,5 ore 4-5 ore Degenza Due giorni Un giorno Lunghezza totale dell’incisione 5 pollici 2 pollici Perdita di sangue Stimata 375 cc 400 cc 116 cc Visualizzazione 3-D 2-D Ingrandimento Fino a 3X con Occhiali Fino a 6X con singola camera Fino a 10-12 X con due camere ad alta risoluzione Manipolazione degli strumenti Normale Contro-intuitiva Normale (Micro-precision) Esempio riferito a prostatectomia effettuata con sistema da VinciTM UC Irvine Medical Center, Irvine, CA

Esempi di chirurgia robotica Prostatectomia effettuata con sistema da VinciTM

Esempi di chirurgia robotica Bypass coronarico Nefrectomia totale

Esempi di chirurgia robotica Colecistectomia Neurochirurgia con sistema Neuromate