Telechirurgia R. Marzaioli Bari, 29 ottobre 2004 Università degli Studi di Bari D.A.C.T.I. Dipartimento per le Applicazioni in Chirurgia delle Tecnologie Innovative Sezione di Chirurgia Generale e Chirurgia Toracica Scuola di Spec. in Chirurgia Apparato Digerente ed Endoscopia Chirurgica (Direttore: Prof. M. Nacchiero) Telechirurgia La telechirurgia è considerata la terza rivoluzione della CHIRURGIA degli ultimi dieci anni. Rappresenta l’evoluzione delle due precedenti: la CHIRURGIA MINI-INVASIVA e la CHIRURGIA COMPUTER e ROBOT-ASSISTITA R. Marzaioli Bari, 29 ottobre 2004

Chirurgia e Telechirurgia CHIRURGIA  lavoro manuale [gr. kheirúrgía 'lavorazione (-úrgía) con la mano (kheír)'] TELE- 'da lontano', [gr. têle 'lontano'] Dal momento che CHIRURGIA è LAVORO MANUALE, TELECHIRURGIA dovrebbe significare operare a distanza … TELECHIRURGIA: procedura chirurgica effettuata a distanza…?!

Chirurgia laparoscopica Chirurgia tradizionale TELECHIRURGIA: procedura chirurgica effettuata a distanza… TELECHIRURGIA km Chirurgia robotica m Chirurgia laparoscopica dm Ma quale distanza? A ben pensare anche nella chirurgia laparoscopica ed in quella robot-assistita la distanza chirurgo-paziente è maggiore rispetto a quella minima permessa dall’approccio chirurgico classico. Si tratta, come vedremo dagli esperimenti effettuati, di grandi distanze (nell’ordine dei km). Chirurgia tradizionale … a lunga distanza cm distanza chirurgo-paziente

TELECHIRURGIA Le origini Nasce nei laboratori dell'Esercito USA (Telemedicine and Advanced Technology Research Center, TATRC) dall’esigenza di “telepresenza chirurgica” per l’assistenza a militari in missione Le prime applicazioni nel corso degli anni ’90 vengono sperimentate sui campi di battaglia e sulle navi della Marina statunitense: interventi in laparoscopia eseguiti da un robot comandato da un chirurgo che operava dall'ospedale militare di Landstuhl in Germania, a 4.000 km di distanza. Ed in effetti il bisogno che ha spinto alla realizzazione della nuova metodica è stato proprio quello della assistenza chirurgica a distanza (TELEPRESENZA CHIRURGICA), particolarmente sentita in ambito militare.

TELECHIRURGIA TELECOMUNICAZIONI Linea video Linea audio ROBOT CHIRURGO Console per chirurgia mini-invasiva La capacità di fornire assistenza chirurgica a distanza si basa su una complessa organizzazione che, nella più comune accezione mini-invasiva laparoscopica della metodica, schematicamente prevede: la postazione operatoria ove ha sede il paziente, dotata di robot chirurgico, di apparecchiature per chirurgia laparoscopica e di una equipe operatoria pronta ad intervenire in caso di necessità (interruzione delle telecomunicazioni, conversione laparotomica dell’intervento); la postazione dalla quale il “telechirurgo” manovra il robot attraverso una console e osserva quanto va compiendo attraverso la telecamera endoscopica; una linea audio e video che permette al chirurgo di vedere la sala operatoria remota e di comunicare con l’equipe di supporto. Postazione ed equipe operatoria remote Il “TELECHIRURGO”

TELECHIRURGIA telechirurgia robot-assistita [remote robot-assisted surgery1] video e computer-assistita Resa possibile dai progressi in ambito di: Digitalizzazione e integrazione dati chirurgici telecomunicazioni  latenza breve nella trasmissione dell’immagine e nella risposta ai comandi Video digitale  alta qualità immagine 3D Robot medicali  affidabili e precisi Una definizione calzante, che introduce pienamente alla complessità della metodica, ce la fornisce Jaques Marescaux uno dei pionieri della TELECHIRURGIA. 1. Marescaux J, Leroy J, Rubino F et Al. - Ann Surg. 2002 Apr;235(4):487-92.

PubMED: TELESURGERY n. 323 citazioni Ma TELECHIRURGIA non è solo procedure chirurgiche. Facciamo riferimento alla letteratura scientifica: una ricerca in PubMED rivela che al termine TELESURGERY sono associate 323 pubblicazioni distribuite in un periodo di 14 anni tra il 1990 ed il 2004. Il picco maggiore si situa in corrispondenza delle esperienze più “eclatanti” – e riuscite – di telechirurgia.

PubMED: TELESURGERY n. 323 citazioni 1990-2004 Odontoiatria + Chir. maxillofaciale (20) ORL (10) Ortopedia (7) Chirurgia Plastica (7) Oculistica (5) NCH (4) Cardiochirurgia (4) Ostetricia e Mal. Riproduzione (3) Chir pediatrica (2) Specialità mediche (10) Diabetologia (4) Oncologia (3) Neurologia (2) Medicina spaziale (1) PubMED: TELESURGERY n. 323 citazioni 189 Applicazioni cliniche chirurgia mini-invasiva (generale ed urologica) 72 Applicazioni specialistiche 117 Applicazioni generali 136 Applicazioni didattiche L’esame delle oltre 300 citazioni mostra che TELECHIRURGIA non è solo applicazione clinica della metodica, ma esiste anche una consistente fetta di applicazioni didattiche. In ambito clinico il ruolo principale spetta alla chirurgia mini-invasiva laparoscopica in chirurgia generale ed urologia. Ma sono numerose anche le esperienze in altre specialità, chirurgiche e non. medici (112) infermieri (13) utente sanitario (9) 1990-2004

Attività Telechirurgiche TELEPRESENCE TELEOPERATION TELEMENTORING, TELEPROCTORING, TELESTRATION Dall’esame della produzione scientifica degli ultimi 14 anni emerge una serie di attività chirurgiche che possono ascriversi all’ampio capitolo della TELECHIRURGIA.

TELEPRESENZA Uso della realtà virtuale per: entrare in una ambiente grafico condiviso (realtà artificiale, cyberspazio) al fine di comunicare e interagire con altri essere virtualmente presente attraverso applicazioni elettroniche in un ambiente reale distante per osservazione e/o controllo remoto di attività La TELEPRESENZA, come già visto, è una accezione molto generica del concetto di TELECHIRURGIA. Francis Hamit Virtual Reality and the Exploration of Cyberspace SAMS Publishing, 1993: 254-256

TELEOPERAZIONE Intervento chirurgico condotto a distanza (in telepresenza) attraverso idonee apparecchiature che permettono di osservare attraverso telecamere il teatro operatorio e di effettuare le manovre chirurgiche necessarie Ben più specifico è il termine – peraltro non molto utilizzato – di TELEOPERAZIONE. Ben più diffuso è TELEMANIPOLAZIONE, con riferimento alla sola trasmissione a distanza della gestualità chirurgica. Michael E. Jebb Telerobotics in Medicine, July 29,1995 Mathematics and Computer Science Division - Argonne National Laboratory Argonne, Illinois, USA - http://www.mcs.anl.gov/home/jebb/telerobot/medical.html

TELEMENTORING - TELEPROCTORING CONSULTO e/o INTERAZIONE CON ESPERTI (TELECONSULTO CHIRURGICO) MENTOR: experienced & trusted adviser PROCTOR: officier appointed annually & charged with various functions, esp. discipline of persons in statu pupillari Un significato didattico e di interazione clinica (consulenza) hanno i termini TELEMENTORING e TELEPROCTORING, che attualizzano il concetto di teleconsulto in ambito chirurgico. The Concise Oxford Dictionary of Current English Fourth Edition Oxford at the Clarendon Press, 1954

TELEMENTORING Metodo sperimentale, interattivo, che permette a chirurghi in formazione di fruire dell’insegnamento a distanza e del tutoraggio di un chirurgo esperto Utilizzato per applicazioni di: Telemedicina Teletriage Telechirurgia Una consulenza prettamente pratica, come nella tradizione della chirurgia, che prevede la possibilità di intervento diretto dell’esperto in fase di valutazione (TELETRIAGE: selezione dei pazienti per priorità di accesso alle cure) e di trattamento (TELECHIRURGIA intesa come TELEOPERAZIONE). Midiri G. Papaspiropoulos V, Coppola M et Al. Telementoring in surgery G Chir. 2003; 24(10):382-4

TELESTRATION Tecnica di telementoring: permette al chirurgo esperto, attraverso l’impiego di una tavoletta grafica di far comparire sul monitor del chirurgo che si trova sul campo operatorio indicazioni grafiche: può disegnare sull’immagine la precisa sede ove effettuare un’incisione, evidenziare una formazione anatomica, delineare una lesione Infine il TELESTRATION, è una particolare tecnica di telementoring che permette l’interazione grafica tra chirurgo esperto ed operatore CSTAR – Canadian Surgical Technologies & Advanced Robotics http://www.c-star.ca/pageDocument.aspx?documentID=155

Il primo esperimento “civile” 1993 Milano-Pasadena 7 luglio 1993 Laboratorio di Telerobotica del Politecnico di Milano (A. Rovetta) Jet Propulsion Laboratory della NASA, Pasadena, USA (P. Schenker) collegamento intercontinentale via satellite il chirurgo dagli USA dirige un intervento laparoscopico in remote control sul fegato di un maiale Il primo esperimento di TELECHIRURGIA “civile”, dopo quelli di ambito militare statunitensi, ha avuto luogo nel 1993 tra Milano (Laboratorio di Telerobotica del Poliotecnico, Direttore: Alberto Rovetta) e Pasadena, USA (Jet Propulsion Laboratory della NASA, Paul Shenker). Viene eseguita una procedura laparoscopica sul fegato di maiale con collegamento satellitare.

… e i successivi MILANO-MILANO Policlinico-Politecnico 1995 MILANO-MILANO Policlinico-Politecnico l'Urologo Enrico Pisani dell’Università di Milano, dalla sede del Dipartimento di Robotica del Politecnico di Milano, diretto da Alberto Rovetta, esegue una biopsia alla prostata il paziente è al Policlinico di Milano, a 5 km di distanza ATTREZZATURA: robot chirurgico realizzato dal Dipartimento di robotica del Politecnico di Milano Dopo lunga preparazione (primo esperimento condotto sul fegato di un maiale e oltre 1.200 simulazioni su patate e arance), la sperimentazione viene condotta anche sull’uomo e con successo.

chirurghi operanti da Baltimora a 9320 km 1998-2001 BALTIMORA – ROMA Settembre 1998 – Luglio 2001 17 interventi urologici in telechirurgia eseguiti al Policlinico Casilino di Roma chirurghi operanti da Baltimora a 9320 km 14 interventi laparoscopici (8 legature vasi spermatici, 2 biopsie renali retroperitoneali, 1 pieloplastica; 3 nefrectomie semplici) 3 nefrostomie percutanee Chirurghi dell’Università "Tor Vergata" di Roma Johns Hopkins Medical Institution, Baltimora, USA Dopo il gruppo di ricercatori milanesi, anche un gruppo romano sperimenta tecniche di telechirurgia tra il 1998 ed il 2001. Bove P, Stoianovici D, Micali S et Al. Is telesurgery a new reality? Our experience with laparoscopic and percutaneous procedures. J Endourol. 2003 Apr;17(3):137-42.

BALTIMORA – ROMA 1998-2001 TRASMISSIONE: 4 linee ISDN ROBOT: AESOP per l’orientamento del laparoscopio; PAKY (URobotics Lab, John Hopkins University): arto meccanico montato sul tavolo operatorio armato di ago per biopsia/nefrostomia LATENZA trasmissione immagine: < 1 sec nessuna complicanza postoperatoria, ma in 7 casi la connessione telechirurgica viene sospesa: In 5: impossibilità di stabilire la connessione remota In 2: necessità di conversione laparotomica (in 1: problemi di controllo dell’avanzamento dell’ago durante accesso renale percutaneo da parte del robot PAKY) Per la trasmissione vengono usate linee ISDN e la latenza dell’immagine è inferiore al secondo. In alcuni casi (5) non è possibile stabilire la connessione. In 2 è necessario convertire in procedura laparotomica, di questi 1 caso è dovuto a malfunzione del robot PAKY. Bove P, Stoianovici D, Micali S et Al. Is telesurgery a new reality? Our experience with laparoscopic and percutaneous procedures. J Endourol. 2003 Apr;17(3):137-42.

Operazione Lindbergh 2001 NEW YORK (USA) – STRASBURGO (Francia), 7 Settembre 2001: donna di 68 aa sottoposta a Strasburgo a colecistectomia laparoscopica da chirurgo che opera da New York a ~7000 km di distanza Equipe chirurgica dell’ IRCAD (Istituto Ricerca Cancro dell’Apparato Digerente)(Francia) EITS (European Institute of Telesurgery, Strasburgo) Prof. Jacques Marescaux Mount Sinai Medical Center, New York Dr. Michel Gagner TRASMISSIONI: linea in fibra ottica a banda larga, alta velocità trasmissione (10 megabits/sec) Telecom France ROBOT: sistema per telechirurgia (ZEUS Robotic Surgical System & SOCRATES Tellecollaborative System, Computer Motion Inc.) LATENZA trasmissione immagine: in media 150 msec Infine la prima procedura chirurgica complessa (videolaparocolecistectomia) interamente effettuata in telechirurgia con successo tra Strasburgo e New York.

TeleChirurgia robotica SOCRATES Robotic Telementoring System AESOP 3000 System Robotic Endoscope Positioner voice-controlled 1994 Le dotazioni per telechirurgia su grandi distanze è prodotto dalla Californiana Computer Motion Inc.. Si tratta di braccia robotiche montate su un tavolo operatorio, governate da una console (ZEUS), una centralina di controllo (HERMES) che permette di governare a voce il sistema per chirurgia endoscopico robotizzato, un’apparecchiatura per manovrare l’endoscopio (AESOP 3000) controllabile con comandi vocali ed un sistema che permette il telementoring (SOCRATES). ZEUS Robotic Surgical System HERMES Control Center MIS console, 2001 ZEUS robotic arms

ANNUAL REPORT 2003 30 giugno 2003: Intuitive Surgical acquisisce Computer Motion, Inc. ($148.5 milioni) “We believe that the Computer Motion acquisition resulted in the following benefits to our company: the termination of all pending patent litigation …; our ownership of all of Computer Motion intellectual property; the addition of complementary products to our offerings; and the achievement of significant cost synergies and economies of scale.” “We are no longer promoting the ZEUS and SOCRATES products, however, we continue to support systems that are installed at customer sites.” Ma esiste un’altra ditta californiana che produce robot medicali: la Intuitive Surgical, che nel 2003, dopo lunghe vicissitudini legali, acquisisce la Computer Motion e annuncia che non ne promuoverà più le apparecchiature per chirurgia robot-assistita e telechirurgia (ZEUS e SOCRATES), si limiterà a fornire assistenza alle macchine già vendute. Verrebbe così a mancare proprio il pilastro tecnologico principale della telechirurgia. www.intuitivesurgical.com

Chirurgia robotica 2000 $ 1.3 milioni da VinciTM Surgical System Il prodotto concorrente della Intuitive Surgical – da Vinci – è un ottimo robot per chirurgia endoscopica mini-invasiva dalle caratteristiche tecniche particolarmente innovative, di costo elevato … $ 1.3 milioni da VinciTM Surgical System

La telechirurgia sec. da Vinci ® 3. Is this telesurgery? Can you operate over long distances?  The da Vinci® Surgical System can theoretically be used to operate over long distances although the current hardware provided does not make that possible. This capability, however, is not the primary focus of the company and thus is not available with the current da Vinci Surgical System. … e per nulla versato alla telechirurgia, come la stessa Intuitive Surgical dichiara. www.intuitivesurgical.com

In conclusione Chirurgia mini-invasiva, laparoscopica, robot-assistita Assistenza chirurgica altamente specialistica a distanza Assistenza chirurgica a distanza in situazioni “estreme”: aree remote maxi-emergenze scenari bellici missioni spaziali Formazione chirurgica a distanza Riassumendo e concludendo: la TELECHIRURGIA fino ad oggi è stata impiegata per procedure mini-invasive di chirurgia endoscopica (per lo più generale ed urologica); può fornire assistenza chirurgica qualificata a distanza, specie in condizioni “estreme” (aree remote, maxi-emergenze, scenari bellici e missioni spaziali); ha un interessante potenziale nell’ambito della formazione chirurgica.

Limiti Indicazioni ristrette (sola MIS) Complessità del sistema Costi elevati Rilevanza clinica (?) Ma è una metodica al momento di impiego ristretto, gravata da una notevole complessità attuativa ed organizzativa e da costi di acquisizione e gestione ancora elevati. Infine c’è il problema della rilevanza clinica …

Rilevanza clinica Revisione della letteratura scientifica degli ultimi 10 anni su telechirurgia e telementoring … non c’è evidenza di alcun vantaggio rispetto all’approccio laparoscopico convenzionale. … vi sarà un sicuro ruolo del TELEMENTORING audio-visivo nel futuro della formazione chirurgica; … il ruolo di TELEMANIPOLAZIONE e TELECHIRURGIA non è ancora ben definito. … rilevanza non dimostrata da alcuna evidenza nella letteratura scientifica degli ultimi 10 anni. Mentre è certo il ruolo della telechirurgia nel futuro dei programmi di formazione dei chirurghi, appare ancora poco chiaro quello della telemanipolazione. Rassweiler J, Frede T. Robotics, telesurgery and telementoring--their position in modern urological laparoscopy. Arch Esp Urol. 2002 Jul-Aug;55(6):610-28.

Telementoring The historical method of teaching surgeons new operative techniques is exemplified in residency training: having individuals work with experienced teachers. Unfortunately, it is impractical for these specialized minimally invasive surgeons to travel and proctor generally trained surgeons each time a new surgical technique is developed. Telesurgical telementoring may represent a method to teach and mentor remote surgeons, as well as allow educational opportunities. In particolare il TELEMENTORING appare il sistema ideale per la rapida diffusione di nuove tecniche chirurgiche con il minor disagio possibile per docenti e discenti. Lee BR, Moore R. International telementoring: a feasible method of instruction. World J Urol. 2000 Sep;18(4):296-8.

Telementoring MINIMALLY INVASIVE SURGERY offers many advantages, but its correct practice is associated with a steep learning curve. TELESURGERY allows a surgeon at a remote site to guide and teach surgeons at a primary site by utilizing robotic devices, telecommunications, and video technology, thereby reducing complications. La TELECHIRURGIA, attraverso il TELEMENTORING, permetterà di “addolcire” l’asperità della curva di apprendimento delle metodiche endoscopiche mini-invasive e di contenerne ulteriormente le complicanze. Bove P, Stoianovici D, Micali S et Al. Is telesurgery a new reality? Our experience with laparoscopic and percutaneous procedures. J Endourol. 2003 Apr;17(3):137-42.

CONCLUSIONI Now integrated surgical rooms, with computer and robot-assisted intervention, are operating. The computer is the element for a decision taking aid, and the robot works as a very effective tool. Remote robot-assisted surgery appears feasible and safe. Teletransmission of active surgical manipulations has the potential to ensure availability of surgical expertise in remote locations for difficult or rare operations, and to improve surgical training worldwide. Rovetta A. Computer assisted surgery with 3D robot models and visualisation of the telesurgical action. Stud Health Technol Inform. 2000;70:292-4. Le conclusioni definitive lasciamole ai pionieri della telechirurgia. ROVETTA rileva che computer e robot sono ormai entrati nelle sale operatorie: il primo come ausilio decisionale, il secondo come efficiente strumento operativo. MARESCAUX qualifica la chirurgia robot-assistita come pratica fattibile e sicura; riconosce alla telechirurgia il potenziale di assicurare in sedi remote competenze chirurgiche avanzate per effettuare interventi difficili o rari e quello di migliorare la formazione dei chirurghi su scala mondiale. Marescaux J, Leroy J, Rubino F et Al. Transcontinental robot-assisted remote telesurgery: feasibility and potential applications. Ann Surg. 2002 Apr;235(4):487-92.

2004 … affrontare la rivoluzione portata dall’informatica anche nel mondo della chirurgia. È quindi giunto il momento di “… affrontare la rivoluzione portata dall’informatica anche nel mondo della chirurgia.”.

CHIRURGIA opus modernum [opera aggiornata] Giovanni da Vigo ( 1460-1525) Archiatra di Papa Giulio II artefice con Ambroise Paré del Rinascimento chirurgico del ‘500 CHIRURGIA opus modernum [opera aggiornata] Perché, come sosteneva Giovanni Da Vigo già nel XVI secolo, la CHIRURGIA è opus modernum Cosmacini G. La vita nelle mani. Storia della chirurgia. Bari: Editori Laterza, 2003: 106. http://www.provincia.venezia.it/servilio/cinquecentine/index.html