Robotonika – budoucnost neurochirurgie ?

Autoři: Filip,Linzer,KremrNeurochirurgické oddělení KNTB ZlínVedoucí: Prim.Dr Filip Ph.D.

Cesta neurochirurgie k robotonice

V poslední čtvrtině 20 století nástup moderních technologií doneurochirurgie –snaha o co nejmenší zásah do mozkové tkáně

1.Operační mikroskop a vybavení- 70 léta2.Moderní zobrazovací metody (CT,MRI,sono) a jejich modality 80 léta3.Endoskopická neurochirurgie – 80 léta4.Navigační systémy (modifikace stereotaxe pomocí počítačových systémů) – předoperační 2D-3D zobrazení5.Peroperační zobrazovací systémy (MRI, Sono) – peroperační 2D- 3D zobrazení –reálný čas 6.Peroperační zobrazení funkčních oblastí mozkové tkáně ( funkční MRI,sono,floroskop)CAS-computer assisted surgery (4,5,6)

Příklady současných možností před a peroperačního zobrazení

3.Peroperační 3D UZ-AVM Peroperační MRI

2.Předoperační navigační systém

1.Stereotaxe

Definice robota pro chirurgiiA reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move material, parts, tools, or specialized devices through various programmed motions for the performance of a variety of tasks (Robot Institute of America, 1979)

Robot má tyto části:

1.Mechanickou: paže - schopnost kruhového pohybu ve 3 rovinách se sensory,které umožňuji komunikaci mezi robotem a okolím.

2.Systém(počítač),který umožňuje tato data zpracovat do užitečné činnosti.

V současné době schváleny FDA dva systémy

Systém Zeus( břišní a hrudní chirurgie) a da Vinci(kardiochirurgie)

Rozdíly mezi operatéry člověk-robot

Operatér neurochirurg

Výhody

Operatér robot

Výhody

Koordinace ruce –oči –vizuální kontrola Geometrická přesnost

Obratnost,šíkovnost Neúnavnost,libovolná opakovatelnost

Schopnost se přizpůsobit nové situaci Okamžitá možnost rozšířit o typ výkonu

Schopnost zkvalitnit výkon(studium,výcvik,zkušenosti)

Schopnost vstřebat a využívat množství informací

Správné rozhodnutí Kontrola pomocí různých sensorů(tlak,chemie atd.)

NevýhodyObratnost limitovaná zevními podmínkami(únava,zkušenosti atd.)

NevýhodyObratnost limitovaná neschopností vizuální kontroly

Náklonost k únavě a třesu Neschopnost rozhodnutí

Menší počet kvantitativních informací Pouze jednoduché úkony

Náklonnost k chybě a porušení sterility Ekonomicky náročné vybavení –zlepší robotonika významně výsledky například u glioblastomů ??

Výhody robotoniky oproti CAS

1.Přesně definovatelná opakovaně měřitelná trajektorie v 3 D zobrazení

2.Lepší zaměření a opakovatelnost cílení specifického bodu

3.Schopnost opakování stejného pohybu v libovolném čase

4.Schopnost opakovatelně provést přesný a cílený pohyb bez únavy a třesu s ním spojené.

5.reagovat rychle a automaticky na signály se senzorů-zábrana poškození okolní tkáně.

6.Schopost precizních mikropohybů s mikronástroji.

Technické principy ovládání robota

A.Kontrolní systém(Supervisory Controlled Robotonic system)

- chirurg naplánuje operaci a pouze dohlíží na její průběh,spojení offline

B.Telechirurgický systém(Robotic telechirurg system)– chirurg přímo ovlivňuje robota pomocí joystiku, spojení online

C.Systém sdílené kontroly(Shared control systém) - chirurg pomocí robota kontroluje pozici instrumentaria

Současnost a budoucnost neurochirurgické robotonikyPrvní robotem asistovaný výkon byl proveden v neurochirurgii v roce 1985

Kwoh YS, Hou J, Jonckheere EA, Hayathi S: A robot with improved absolute positioning accuracy for stereotactic brain surgery. IEEE Trans Biomed Eng 35:153-160, 1988

Neurochirurgické operace :Jednoduché výkony, biopsie atd v klinckém zkoušeníSložitější výkony na kadaverech

Budoucnost:Rozvoj nových technologií(zobrazovací,nanotechnologie,MEMS,umělá inteligence)Spojení výhod člověka a stroje.

Použitá literaturaIn Touch with Robotics: Neurosurgery for the FutureNathoo, Narendra M.D., Ph.D.; Çavuşoğlu, M Cenk Ph.D.; Vogelbaum, Michael A. M.D., Ph.D.; Barnett, Gene H. M.D.Neurosurgery: Volume 56(3) March 2005 pp 421-433

NeuRobot: Telecontrolled micromanipulator system for minimally invasive microneurosurgery-Preliminary results . Hongo K, Kobayashi S, Kakizawa Y, Goto T, Okudera H, Kan K, Fujie MG, Iseki H, Takakura K Neurosurgery 51:985-988, 2002.

Robot-assisted Thoracoscopic Resection of a Benign Mediastinal Neurogenic Tumor: Technical NoteRuurda, Jelle P. M.D.; Hanlo, Patrick W. M.D., Ph.D.; Hennipman, Adriaan M.D., Ph.D.; Broeders, Ivo A.M.J. M.D, Ph.D.Department of Surgery, University Medical Center Utrecht, Utrecht, The Netherlands Neurosurgery: Volume 52(2) February 2003 pp 462-464

Zadeh L: Fuzzy sets. Information Control 8:338-353, 1965. Zadeh L: Outline of a new approach to the analysis of complex systems. IEEE Trans Syst Man Cybern 3: 28-44, 1973. Kwoh YS, Hou J, Jonckheere EA, Hayathi S: A robot with improved absolute positioning accuracy for stereotactic brain surgery. IEEE Trans Biomed Eng 35:153-160, 1988.