Magyar Sebészet 2013; 66(5): 236 244 DOI: 10.1556/MaSeb.66.2013.5.2 KÖSZÖNTŐ Robotsebészet Robotic surgery SÁNDOR JÓZSEF 1,@, HAIDEGGER TAMÁS 2, KORMOS KATALIN 1, FERENCZ ANDREA 1, CSUKÁS DOMOKOS 1, BRÁTH ENDRE 1, SZABÓ GYÖRGYI 1, WÉBER GYÖRGY 1 1 Semmelweis Egyetem, Kísérletes és Sebészeti Műtéttani Intézet, Budapest (igazgató: Prof. Dr. Wéber György) 2 Óbudai Egyetem, Bejczy Antal Robottechnikai Központ, Budapest (igazgató: Dr. Tar József) A jövő sebészete nem vérről és zsigerekről szól, hanem bitekről és bájtokról. RICHARD SATAVA A laparoscopos cholecystectomia gyors elterjedése a világon lényegesen átformálta a sebészi tevékenységet. Az új technika a hasi és a mellkasi műtéteknél egyaránt lehetőséget nyújtott a minimálisan invazív behatolásra, annak valamennyi előnyével. Az ipari alkalmazásokhoz már korábban kifejlesztett robottechnika összekapcsolódott a laparoscopos műtétekkel. A létrejött robotasszisztált sebészet ergonómiailag előnyösebb a műtétet végző sebésznek, ugyanakkor a megőrzött háromdimenziós látásmóddal végzett pontosabb preparálás előnyös a beteg számára. A robotsebészeti rendszerek árának csökkenésével, az újabb generációs, továbbfejlesztett berendezések megjelenésével a napi sebészi tevékenység átalakulása várható. Kulcsszavak: laparoscopia, robotok, da Vinci, sebészet, hatásfok Due to the fast spread of laparoscopic cholecystectomy surgical procedures have been changed essentially. The new techniques applied for both abdominal and thoracic procedures provided possibility for minimally invasive access with its all advantages. Robots originally developed for industrial applications were retrofitted for laparoscopic procedures. The currently prevailing robot-assisted surgery is ergonomically more advantageous for the surgeon as well as the patient through the more precise preparative activity thanks to the regained 3D vision. The gradual decrease of robotic surgical system costs and development of new generation minimally invasive devices may lead to a substantial change in the daily surgical activity. Keywords: laparoscopy, robots, da Vinci, surgery, effectiveness Beérkezett: 2013. szeptember 2.; elfogadva: 2013. szeptember 5. Elméleti alapok A magyar nyelvben, történelemben, irodalomban a robot szónak igen sokrétű a jelentése: gondolhatunk az évszázadokon kerül mások számára végzett kötelező munkára vagy Tóth Árpád költői verssorára: És rossz robotos a későnkelő, de a szó hallatára mindenekelőtt a tragikus emlékű málenkij robot juthat eszünkbe. A tudományos-fantasztikus irodalom világában azonban e fogalomnak más jelentése van. A műfaj nagy egyénisége, Isaac Asimov híres, Körbe-körbe című novellájában fogalmazta meg a robotika törvényeit, melyek szerint a technológiai civilizáció fejlődése során létrehozott robot embert segítő, szolgáló, védelmező berendezést jelent. Az ipari robotok alkalmazása 1961-ben kezdődött: először a General Motors autógyárában vezették be az Unimate nevű festékszállító robot használatát. A 20. század második felében világszerte általánossá vált; ma már nemcsak az autógyártásnak, hanem gyakorlatilag minden termelési eljárásnak nélkülözhetetlen eszköze. Régen megindult a háztartási robotok tervezése, majd megvalósítása: napjainkban kereskedelmi forgalomban kaphatók automata fűnyíró robotok, robot-porszívóberendezések, robotjátékok stb. @ Levelezési cím/corr. address: Prof. Dr. Sándor József, Semmelweis Egyetem, Kísérletes és Sebészeti Műtéttani Intézet, 1089 Budapest, Nagyvárad tér 4., Tel.: +36 1 459 1480, Fax: +36 1 459 1500/56574, E-mail: sanjozs@hotmail.com ISSN 0025-0295 2013 Akadémiai Kiadó, Budapest
Robotsebészet 237 Az orvostudomány történetében az első, műtőben alkalmazott robot az 1976-ban bevezetett Programmable Universal Manipulation Arm (Puma) 560 elnevezésű robotberendezés volt, amely 1985-ben CT-vezérléssel biopszia céljából kapilláris tűt irányított a beteg agyába. A londoni Imperial College által prosztataműtétekre kifejlesztett PROBOT nevű robotot 1988-ban alkalmazták először. Mérföldkőnek számított az ortopédiai műtéteknél, csípőprotézis-beültetésnél az 1992-től bevezetett ROBODOC. 1997-től került forgalomba az idegsebészeti eljárásoknál háromdimenziós látásmódot biztosító NeuroMate elnevezésű robot. Eközben Erich Mühe (1985), Philippe Mouret (1987), Francois Dubois (1988), Jacques Perissat (1989) munkássága alapjaiban változtatta meg a sebészet gyakorlatát: a laparoscopos cholecystectomia bevezetése és elterjesztése a világban a minimálisan invazív eljárások széles skálájának kimunkálását tette lehetővé. Ezek a sebészi beavatkozások a lehető legkevesebb szövetroncsolással és fájdalommal járnak, révükön a beteg hamarább hagyhatja el a kórházat, rövidebb idő alatt nyeri vissza egészségét. Hamarosan nyilvánvalóvá vált, hogy a laparoscopos műtétek során a portokon át a hasüregbe vezetett hosszú műszerek mozgatása robotkarok módjára működtethető, az őket irányító sebész a műtőasztaltól eltávolodva végezheti munkáját. 1 E koncepció kidolgozásában úttörő szerepe volt a magyar származású Richard Satava amerikai sebészprofesszornak, a NASA kiképzett űrhajósának. A műtét irányítása ezeknél a teleoperációs rendszereknél is mindvégig a sebész kezében van: a hasüregbe vezetett kamera tv-képernyőre kivetített képe alapján vezérli a robotkarokat. A rendszer tehát három részből áll: a sebészoldali irányító konzolból: master (mester) eszközökből, a betegoldali manipulátorokból: slave (szolga) eszközökből, a kettő közötti elektronikai vezérlést szolgáló számítógépes rendszerből (interface). Az irányító rendszer rögzíti a sebész kezének és ujjainak mozgását, majd átvetíti a robot mechanikájára. Ez a szisztéma tehát mintegy a sebész agyműködésének és kézi munkájának kiterjesztését jelenti, hasonlóan a mikroszkóp vagy a távcsövek által felkínált másként az ember számára elérhetetlen dimenziók tanulmányozásához. A Számítógéppel Integrált Sebészet (Computer-Integrated Surgery CIS) innovatív algoritmusok, robotikai eszközök, szenzorok, képalkotó módszerek alkalmazását jelenti, aminek segítségével növelhető a műtéti beavatkozások pontossága, hatékonysága. 2 A robotsebészet előnyei Évekig úgy vélték, hogy a robotsebészeti rendszerek mechanikai, számítógép-vezérelt berendezések. R. Satava meglátása szerint a robot nem szerkezet, hanem egy információs rendszer karokkal és manipulátorokkal. A sebész gyakorlati tevékenységében a kéz, az ujjak munkája az ügyességet, a precizitást reprezentálja, míg a kar és a váll az izomerőt biztosítja. A laparoscopos műtéteknél használt mechanikus eszközök kényelmetlenek, nem eléggé kifinomultak, csak korlátozottan tudják visszaadni a sebész kezének és karjának manipulatív erejét. Ezzel szemben a robotsebészetben a sebész nemcsak a karját és a kezét, hanem az ujjait is használja, így az általa működtetett eszköz végpontja (end effector) sokkal nagyobb mozgásszabadsággal működik. Ennek eredményeként a sebészi preparálás sokkal kifinomultabb, precízebb lesz, sőt, a művelet elektronikus úton az emberi képesség határain túlra is fokozható. Úgy kell elképzelni, mintha egy rendkívül kicsi babakéz preparálna közvetlenül az emberi testben, melléksérülés nélkül, még a legnehezebben megközelíthető területekre is eljutva. Nincs olyan laparoscopos műtét, amelyet ne lehetne robotsebészeti úton elvégezni, de fordítva ez nem igaz: számos kifinomult robotsebészeti eljárás laparoscopos úton kivihetetlen. 3 Ergonómiailag mind a nyílt, mind a laparoscopos műtétekhez képest rendkívüli előnyt jelent, hogy a sebész kényelmes karosszékben ülve végzi munkáját. Nemcsak a kezével, hanem a rájuk felhelyezett mandzsetta segítségével az ujjaival is operál, sőt, lábpedálokat is használ. A laparoscopos műtéteknél a sebész elveszti térlátását, a kétdimenziós tv-képernyőt figyeli. A robotsebészeti rendszerekben visszakapja a 3D integrált látórendszert, így nemcsak biztonságosabban, hanem gyorsabban is operálhat. Minden embernek, így a sebésznek is van bizonyos fokú kézremegése, ami hosszan tartó műtéteknél fokozódik. A modern robotsebészeti rendszerek tartalmaznak egy különleges szoftvert, a kézremegésszűrőt (tremor filtering). További előnyt jelent a mozdulatskálázás (motion scaling) használata, ami lehetővé teszi, hogy egy bizonyos mozdulat nagyságát pl. egy öltés behelyezését egy néhány milliméter átmérőjű artéria falába az effektor műszeren megfelelő mértékben lecsökkentsük, így biztosítva a maximális precizitást. A robotsebészeti eszközök stabilitása, a fáradtság kiiktatásának köszönhető megbízhatósága, a közvetlen műtői környezettől való függetlensége jelentős előrehaladás a sebészetben. Segítségével olyan precíz munka végezhető, mint semmilyen más eljárással. Megoldásra vár még a tapintás és az erőkifejtés nyílt műtéteknél meglévő, de a robotsebészetben legalábbis a da Vinci rendszerben hiányzó érzékelése (force feedback), pl. csomózásnál visszaintegrálása. Az első robotasszisztens berendezések A laparoscopos műtétek során a sebész koncentrálóképességére lényeges hatással van a kamera pozíciója, a lencse tisztasága és az instabil, változó látvány. A műtét alatt a kamerát tartó asszisztenst utasításokkal irányítja, miközben saját sebészi munkájára koncentrál. Más megközelítésből
238 Sándor J. és mtsai azt is mondhatjuk, hogy a kamera megfelelő pozicionálása nehéz, fárasztó tevékenység az asszisztensnek ezt a munkáját általában alulértékelik. A világ számos országában a laparoscopos műtéteknél csak a műtétet végző sebész és a műtősnő aki egyben aszszisztens is képezi a műtéti teamet. Az Egyesült Államokban végzett felmérés során azonban a Műtősnők Társaságának konferenciáján 3500 (!) műtősnő 90%-a úgy nyilatkozott, hogy nem szereti a kamerát tartani és mozgatni. Kameratartó és -mozgató robotok létrehozására már az 1990-es évek elejétől megindultak az erőfeszítések. Nyilvánvaló volt, hogy az ember mellett kisegítő munkát végző robotnak megbízhatónak, real time azaz valós idejű berendezésnek, biokompatibilisnek, könnyen használhatónak és lehetőleg olcsónak kell lennie. Így került sor az AESOP 1000 (1993), az AESOP 2000 (1996), majd 1998-ban az AESOP 3000 elnevezésű, számítógéppel vezérelt laparoscopos robotasszisztensek elkészítésére. Az AESOP elnevezés rövidítés: Automated Endoscopic System for Optimal Positioning. Kimunkálása eredetileg az USA űrprogramjának részeként, a NASA (National Air and Space Administration) kutatói támogatásával jött létre. Kezdetben a kamera mozgatása, irányítása joystickkal történt, később a láb-pedál funkciót is csatolták hozzá. Lényeges változást hozott 1996-tól a HERMES berendezéssel megvalósuló voice-control, azaz a hangutasítás beépítése a rendszerbe. Az operáló sebész így teljes mértékben operatív tevékenységére koncentrálhat, miközben a kamera mozgását a hangjával irányítja, pl. fel, le, jobbra, balra, kicsit vissza stb. a rendszer összesen 23 előre programozott utasítást képes végrehajtani. Természetesen a műtőben mások is vannak, akik véletlenül ugyancsak kimondhatják ezeket a parancsszavakat. A rendszer azonban csak az operáló sebész hangjának engedelmeskedik! Ugyanis minden egyes, az adott berendezéssel operáló sebésznek van egy saját, műanyag lapocskába beépített hangkártyája, ezt a műtét előtt behelyezi a készülékbe, amelynek számítógépes rendszere leolvassa az információt, és attól kezdve csak az adott hangnak engedelmeskedik. Előfordulhat, hogy műtét közben a sebész véletlenül kimondja a fel, le, jobbra stb. kulcsszavakat. Annak megelőzésére, hogy ilyenkor ezek a szavak ne utasításként szerepeljenek a rendszerben, további finomítást eszközöltek a konstruktőrök. Eszerint, ha az operáló sebész saját hangján utasítást akar adni a készüléknek, mindig hozzá kell tennie egy megadott kulcsszót is, pl. AESOPfel, AESOP-le, AESOP-vissza stb. A sebész az operáció során beállíthat három olyan műtéti területet, melyre akár többször is visszatérhet, egyetlen hangutasítással. Természetesen a hangutasítás módszere bármikor átállítható a kamera manuális mozgatására. A rendszerbe beépített újabb csuklós kar tovább növelte a flexibilitását, biztosította a 15 fokos mozgásszabadságot, így lehetővé vált, hogy minimálisan invazív szívsebészeti, valamint az extrém elhízást kezelő műtéteknél is alkalmazzák. A negyedik generációs rendszer (AESOP HR) lehetővé tette, hogy a sebész a műtéti területen kívül eső készülékeket, mint pl. a műtőlámpát, műtőasztalt is tudja irányítani a hangjával. 2002-re már 800 AESOP berendezést adtak el, segítségével a világ 600 kórházában 175 000 műtétet végeztek. Így jött létre a Solo surgery, az egyszemélyes műtét: a sebész egyedül áll a műtőasztalnál, két kezével operál, a hangjával pedig irányítja a robotasszisztenst. A használatba került kameramozgató robotrendszerek közül említésre méltó még az SGRCCS (Self-Guided Robotic Camera Control System). A Münchenben kifejlesztett berendezés a színkövetés elvére épül: a hasüregbe vezetett egyik laparoscopos kézi műszert megjelölik egy színnel a kamerát mozgató robot pedig automatikusan követi ezt a színt. Az Angliában kialakított Endo-Assist a műtőasztal mellett szabadon álló készülék, amely tartja a kamerát. A sebész a fején visel egy berendezést, mellyel a fej mozgása infravörös szenzor segítségével nyomon követhető. Amint a sebész a lábpedállal bekapcsolja a készüléket, saját fejmozgása irányítja, fókuszálja a kamera mozgását, szabadon hagyva a kezét a műtéti munkához. Robotsebészeti rendszerek A ZEUS rendszer Az Egyesült Államokban a sebészeti robotikával foglalkozó egykori cég, a Computer Motion 1995-ben állította elő a ZEUS prototípusát, 1996-ban állatkísérletekben bizonyították használatának előnyeit, és 1998-ban már embereknél is alkalmazták: többek között tuba uterina reanastomosist és aortocoronaria-bypasst (CABG) végeztek vele sikeresen. A ZEUS rendszer két, fizikailag különálló részből áll, betegoldali és sebészoldali berendezésekből. A sebészoldali konzol fogadja be az operáló egyén mozdulatának számítógépre átadott, robotkarral végzett mozdulatát (input), a beteg oldalán lévő számítógépes rendszer pedig lefordítja az információt, majd átalakítja az adott sebészi eszköz aktuális mozgásává; ugyanitt egy további robotkar mozgatja a sebész hangutasítása szerint a kamerát. A 2000-ben forgalomba került változatnál már 28 féle sebészi eszköz (preparáló, vágó, coaguláló stb.) mozgatását tudták a műtőasztaltól távol lévő konzolról végrehajtani. A sebészi munka maximális precizitását a rendszerbe épített mozdulatskála, továbbá a hosszan tartó, fárasztó műtéteknél esetlegesen fellépő kézremegést az effektor műszeren megszüntető tremorfilter biztosítja. A sebészi konzolnál az orvos kényelmes székben ül ez is csökkenti a fáradtságát, és innen figyeli a kétdimenziós tv-képernyőn preparatív munkájának területét. Ez a rendszer egyaránt alkalmas kiterjesztett hasi, urológiai, nőgyógyászati és szívsebészeti beavatkozásokra. 2001-ben a Computer Motion kétmillió dollár kutatási támogatást kapott a SOCRATES Telekommunikációs Robotsebészeti Rendszer megalkotására, amelyet a ZEUS-hoz is csatlakoztattak.
Robotsebészet 239 Ez a szisztéma teszi lehetővé, hogy a műtőasztaltól távol lévő sebész is láthassa a tv képernyőjén a műtétet, konzultálhasson a műtőszemélyzettel, sőt, a távolból saját maga kezelhesse a robotkarokat. A ZEUS berendezést használták a későbbiekben ismertetett első, transzkontinentális távsebészeti műtétnél. 4 2003-ban a ZEUS ára 975 ezer USA-dollár volt 25 ezerrel olcsóbb, mint a már ugyancsak forgalomban lévő da Vinci berendezés. A két rendszer fokozatosan terjedt, 2002-re a ZEUS-ból több mint 50, a da Vinciből 90 volt használatban a világon. 1997 és 2001 között már 2000 felett volt a robotsebészeti módszerekkel végzett műtétek száma. 2003-ban a rivális cég, az Intuitive Surgical hosszas pereskedés után megvásárolta a Computer Motiont, ezzel megszűnt a ZEUS gyártása, de minden addig kialakított újdonságát felhasználták a da Vinci továbbfejlesztésére. A da Vinci rendszer Napjainkban az egyeduralkodó robotsebészeti berendezés az 1995-ben alapított amerikai cég, az Intuitive Surgical gyártmánya, a 2000-ben piacra került da Vinci rendszer. Az elnevezés Leonardo da Vinci nevére utal. A reneszánsz zseniális polihisztora tanulmányozta az emberi test felépítését; közismert a testarányokat ábrázoló grafikája ezt alkalmazták napjainkban a humanoid robotok megszerkesztésénél. 1495-ben létrehozott egy rugós gépezettel működő robotot, amely később elveszett, de a gépezet tervei megmaradtak, és azok alapján napjainkban rekonstruálták a páncélba öltöztetett korabeli robotot. A modern da Vinci robotsebészeti rendszer kiterjeszti, továbbfejleszti a minimálisan invazív sebészeti eljárásoknál, laparoscopos műtéteknél szerzett előnyöket. A rendszer jellemzői: 3 dimenziós látásmód Az operáló sebész eltávolodva a műtőasztaltól kényelmes fotelben ülve végzi a műtétet, a 3D endoscopos kamera két független képcsatornán felvett látványt közvetít elektronikus úton a sebészi konzolba épített két képernyőre: a sebész ideilleszti a fejét, így nem kell viselnie a háromdimenziós tv-készülékeknél egyébként használatos szemüveget. Színes képet lát természetes térlátással, mélységérzettel, de felnagyítva és elektronikus úton megerősítve még kifejezettebb, kontrasztosabb látványként. Így pontosabban tudja azonosítani az anatómiai képleteket, könynyebben tudja preparálni a szövetrétegeket. Tremormentes kameramozgatás A beépített Navigátor kameramozgató rendszer segítségével a sebész lábpedállal tudja irányítani, közelíteni-távolítani a kamerát, közben a látvány stabilitása megmarad. EndoWrist eszközök alkalmazása A da Vinci rendszerhez kifejlesztett eszközök széles skálája (preparáló, vágó, varró, lézer, ultrahang stb.) teszi lehetővé a kifinomult sebészi munkát. Ezeknek a hasfali portokba illeszthető 5 és 8 mm átmérőjű, sterilizálható, többször használatos eszközöknek olyan speciális fémcsuklóik vannak, amelyek révén a sebész 7 fokos mozgásszabadsághoz és 180 fokos artikulációs lehetőséghez jut. Ez azt jelenti, hogy az emberi kézzel végezhető, maximális precizitási képességet meghaladó berendezés áll a rendelkezésére. Ezt az igen kifinomult képességet az eszközök csak az előre tervezett számú alkalmazásig biztosítják beépített, programozott memóriachipük nem enged további használatot. Speciális eszközmozgatás A laparoscopos műtéteknél a hasüregbe bevezetett eszközzel végzett preparálásnál maga a hasfal alátámasztási pontot képez, ezért ha műszerünket kívülről pl. bal felé mozgatjuk, a hasüregben a műszer vége jobb felé mozdul (többek között ezért is kell az emberen végzendő laparoscopos műtétek előtt gyakorlódobozokon, állatműtéteken begyakorolni ezt a speciális szem-kéz koordinációt!). Ez az ún. fulcrumeffektus a da Vinci rendszerben megszűnik: a konzolnál ülő sebész mozdulatai az EndoWrist eszközökkel a hasüregben ugyanazon az oldalon valósulnak meg. Beépített mozdulatskála és kézremegésszűrő A rendszerbe beépített (korábban már tárgyalt) szoftverek különösen precíz varrattechnikát igénylő anatómiai struktúráknál, illetve fárasztó, hosszan tartó műtéteknél jelentenek rendkívüli előnyt. Kisebb ergonómiai teher A da Vinci rendszerrel végzett műtétnél a sebész végig ülve végzi a műtétet, másrészt a műtőasztalnál nem ő, hanem a robotkarok tartják az operáló eszközöket és a kamerát. Ez a két tényező lényegesen csökkenti a sebész fáradtságát, ezzel pedig hozzájárul a még tökéletesebben végrehajtott műtéthez. 5 A sebészi konzolnál a 3D képernyőkijelző alatt, ahhoz közel van a két könnyedén mozgatható irányítókar, velük, valamint az ujjaira illesztett mandzsetták segítségével irányítja a sebész elektronikus úton a hasüregbe helyezett EndoWrist eszközök real-time (valós idejű) mikromozgatását (1. ábra). A műtőasztal melletti berendezés négy elektromechanikus karból áll, ezek közül kettő az EndoWrist eszközöket tartja, egy az endoscopot, a negyedik pedig további feladatokat (pl. szervek eltartása a műtéti területen stb.) lát el. Az eredeti da Vinci rendszer továbbfejlesztését jelentette a 2006-ban bemutatott da Vinci S modell, amely a robotsebészetben először alkalmazott nagy felbontású (High Definition, HD) rendszert a 3D látványhoz. 2009-ben az addig e robotsebészeti rendszerben egyedül operáló sebész asszisztenst kapott: segítője ugyanolyan konzolnál ülve vesz részt a műtétben ez a da Vinci Si berendezés. Ennél a készüléknél az S modellhez képest megduplázták a képernyőn a felbontóképességet (2. ábra). A fejlesztés további iránya volt, hogy a rendszert képessé tették az egyetlen behatolási porton keresztül történő
240 Sándor J. és mtsai 1. ábra. A da Vinci berendezés irányító része a mozgató karokkal és az ujjakra helyezett mandzsettákkal, 2013 Intuitive Surgical, Inc. 2. ábra. A da Vinci Si berendezés: az operáló sebész, az asszisztens karosszékben ülnek, 2013 Intuitive Surgical, Inc. műtétek elvégzésére is: 2011-ben már piacra került a da Vinci Single-Site. Természetesen ehhez a műtéti technikához az EndoWrist eszközöket is át kellett alakítani. Ugyanebben az évben jött létre a Firefly Fluorescence Imaging. A da Vincihez kifejlesztett új képalkotó lehetőség a fluoreszcens festék használatát egy speciális kamerafejjel, egy endoscoppal és egy lézeres megvilágító berendezéssel köti össze, ami lehetővé teszi, hogy a sebész a szövetfelszín alatti érhálózatot 3D-ben lássa, így képes legyen az anatómiai határok pontosabb megítélésére vagy a daganatszövet teljes terjedelmében történő eltávolítására. A da Vincihez kialakított EndoWrist One Vesser Sealer egyszer használatos bipoláris coagulatiós eszközzel akár 7 mm átmérőjű érlument is biztonságosan át lehet vágni. 2012-ben hozták létre a csak ennél a rendszernél alkalmazható varrógépet. A da Vinci Skills Simulator a virtuális valóság képvilágát alkalmazza a robotsebészeti technika megtanulására és begyakorlására. Az alkalmazott szoftver segítségével egy adott feladat megoldása után azonnal számszerű értékelést ad (időtartam, precizitás, melléksérülés stb.). Természetesen e technika elsajátításához is idő és gyakorlat kell, a learning curve egyénenként változó. A tanulási időszak elvégzendő feladatainak egységesítésére és értékelésére hozták létre az Egyesült Államokban az FLS-hez (Fundamentals of Laparoscopic Surgery) hasonlóan az FRS (Fundamentals of Robotic Surgery) gyakorlórendszert. Az elmúlt évtizedben a da Vinci robotsebészeti rendszer meghódította a világot. 6 Alkalmazása elsősorban anatómiailag nehezen megközelíthető területek, mint a kismedence vagy a cardiatáj, sebészetében bizonyult kiemelkedően előnyösnek; legnagyobb számban prostatectomiát, hysterectomiát, refluxgátló műtéteket végeztek vele, de gyakorlatilag mind a hasi, mind a mellkasi (tüdőresectio, thymectomia stb.) műtétek teljes skálájánál biztonságosan alkalmazható. Japánban, Dél-Koreában elsősorban a gyomorsebészetben alkalmazzák. A rendszer precizitására jellemző, hogy segítségével pl. a gyomor kisgörbületén ülő, az artériákkal összekapaszkodott daganatos nyirokcsomót úgy lehet eltávolítani, hogy az érfal adventitiáját is le lehet hámozni. Szívsebészetben az a. mammaria interna kipreparálására, coronaria-bypassra, septumdefektus zárására, billentyűműtéteknél alkalmazzák sikerrel. Újabb alkalmazási területe a természetes testnyílásokon át végzett (NOTES) műtétek körébe tartozó da Vinci Trans-oral Robotic Surgery (TORS). Jelenleg 2800 da Vinci berendezést használnak a világ 2000 kórházában, ebből 450-et Európában. A robotsebészet ma már nem csupán érdekesség: 2012- ben ezzel a berendezéssel 450 000 (!) műtétet végeztek, 25%-kal többet, mint az előző évben, a készülék bevezetése óta végzett műtétek száma pedig meghaladja a másfél milliót.
Robotsebészet 241 Hazánkban még egyetlen da Vinci berendezést sem vásároltak: ennek egyetlen oka a készülék rendkívül magas ára, melyet a szervizdíj tovább növel. A készülék ára felszereltségétől függően 1 millió és 2,5 millió dollár között mozog. A robotsebészeti jártassághoz legalább 150 250 ilyen műtétet kell önállóan elvégezni. A laparoscopos cholecystectomia átlagárához (10 366 USD) képest ugyanez az eljárás robotsebészeti berendezéssel további 1700 dollárral drágul, az egyoldali laparoscopos adrenalectomia esetén számolt 14 707 dollár átlagárhoz pedig további 2900 dollár adódik. 7 2013-ban a robotsebészeti műtétek rendkívül gyors terjedése visszafogottságot ajánló tanulmányokhoz vezetett. Márciusban az Amerikai Szülész és Nőgyógyász Kollégium közleményében a da Vinci robotsebészetről a következőket állapította meg: 1. Az elmúlt 3 évben a robot-hysterectomiák száma 0,5%- ról 10%-ra (!) növekedett. 2. A tanulmányok azt bizonyítják, hogy ennek az igen drága technikának az alkalmazása nem javítja a betegek kezelésének eredményeit. 3. Nincs olyan adat, amely azt bizonyítaná, hogy a robothysterectomia jobb eredménnyel jár, mint egyéb sokkal kevésbé drága minimálisan invazív alternatívái. 4. A készülék mai ára 1,7 millió dollár, az éves fenntartása 125 000 dollár, az egyszer használatos eszközök 2000 dollárba kerülnek műtétenként. 5. A műtét eredménye a sebész képességével áll egyenes arányban. 8 Áprilisban az amerikai Gyógyszer- és Műszer-felügyeleti Hivatal (Food and Drug Administration, FDA) figyelmeztetett a da Vinci készülékek használatával kapcsolatos rendellenes működés lehetőségének veszélyére. 9 Ugyanebben a hónapban Baltimore-ban, az Amerikai Gasztrointesztinális és Endoszkópos Sebészek Társaságának (Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons, SAGES) kongresszusán B. Chand előadásában Robotsebészet hol van az előnye? a felmérések igen részletes elemzése alapján a következő megállapításra jutott: Az adatok arra utalnak, hogy az általános sebészetben a robottechnikával végzett műtétek csak kevés előnnyel járnak; az egészségügyi ellátás során a robotsebészetre irányított óriási összeg nem igazolta pozitív hatását, ezért további felmérések szükségesek a klinikai hatásfok, valamint az árhatásfok együttes értékelésére. 10,11 Rendkívüli hatása volt egy, a The New York Timesban megjelent cikknek ( Salesmen in the Surgical Suite ), amely a robotsebészeti készülékeket árusító cég felelősségére hívta fel a figyelmet. 12 Nyilvánvaló azonban, hogy minden kritika ellenére a jövőben egyre inkább terjedni fog a robotsebészet: precizitása, ergonómiai előnye nyilvánvaló. Amint az újabb típusú robotsebészeti berendezések piacra kerülnek, a rivalizálás eredményeként az árak csökkenése várható. Ugyancsak ez a technika képezi a távsebészeti műtétek alapját. A laparoscopos technikával végzett műtéteknél elvesztett háromdimenziós látásmód visszaszerzésére számos cég fejlesztett ki nagy felbontású 3D kamerát. A segítségével végzett műtéteket nevezik 3D HD sebészetnek ilyenkor a laparoscopos műtétet végző sebész és az asszisztensek az éles látást biztosító szemüvegen keresztül nézik a képernyőt. Robotok napjainkban A robotok a 21. század kezdetétől már a mindennapok gyakorlatában szereplő, nélkülözhetetlen berendezések. Az ipari robotok nélkül elképzelhetetlen a modern autó-, repülő-, hajó- stb. gyártás. Nem meglepő, hogy a kutatók az élővilág különböző szintjén található élőlények és struktúrák tanulmányozása alapján próbálják kialakítani a különböző rendeltetésű robotberendezéseket. A humanoid robotok fejlesztése meglepően gyors eredménnyel járt. Így pl. a japán Honda gyár ASIMO (Advanced Step in Innovative Mobility) nevű robotja emberformájú és -nagyságú szerkezet, mely nemcsak kifinomult kézés ujjmozgást végez, de biztonsággal megy fel és le a lépcsőkön, 6 km/óra sebességgel fut változatos terepen. E berendezés kialakítása során nyert tapasztalatokat felhasználva készítette el a gyár azokat a szerkezeteket, melyekkel az izomgyengeségben szenvedő betegek járását tudják segíteni (3. ábra). A 2013-as év legfontosabb orvostechnikai újdonságai közé sorolták az InTouch Health cég RP-VITA (Remote Presence Virtual Independent Telemedicine Assistant) berendezését. Ez az első engedélyezett, önjáró telemediciná- 3. ábra. A Honda ASIMO robot és az alapján kifejlesztett, járást elősegítő gyógyászati segédeszközök, http://world.honda.com
242 Sándor J. és mtsai lis robot, amely alkalmas az orvos és a beteg közötti konzultációra, a legkorszerűbb telekommunikáció és autonóm navigációs technológia segítségével. Az embernagyságú szerkezetet az orvos távirányítással legújabban már ipaddel is vezérli, akár országhatárokon keresztül képes a beteget kikérdezni, megvizsgálni, tanácsot adni a kevésbé képzett egészségügyi személyzetnek. A TeleStroke és a TeleICU konzultációs programokban is igen hasznosnak bizonyult. A biomimetikus, bioinspirációs robotok az állatok tanulmányozására épült berendezések. A kígyók, férgek, medúzák, polipok, tengeri csikók stb. mozgása, az elefánt ormányának szerkezete számos kutatót foglalkoztat a világban. Ilyen tanulmányokra épült pl. a szingapúri rák mozdulatait utánzó endoscopos szerkezet, a MASTER (Master And Slave Transluminal Endoscopic Robot). A biomimetikus robotok csoportjába sorolhatók az ún. lágy robotok (soft robots). Ezek hidrogél struktúrák; elasztikus, áttetsző, biokompatibilis tulajdonsággal bírnak, képesek tárgyak manipulálására. Proteininspirációs robotnak tekinthető a Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) kialakított, svájci bicska elnevezésű, mindössze 1 cm nagyságú robotszerkezet. Mozgása arra a mozdulatsorra épül, amikor egy fehérjemolekula összerendeződik az aminosavakból. A nukleinsav-típusú robot (nubot) példájának tekinthető a Harvard Egyetemen létrehozott kibontott DNS, amely robotként használva képes baktériumcsapdaként működni. A nanotechnikában alkalmazott robotok (nanobot) számos példája ismert. A szénallotropok (mint pl. a grafit, a gyémánt) közé tartozik a fullerén. Ennek gömb alakú formáját kocsikerékként illesztették a nanogépkocsi (nanocar) kémiai szerkezetébe, mely struktúrát mozgásban tartani és irányítani is lehet. Az űrhajózásban elvégzendő különleges feladatok végrehajtására, az asztronauták munkájának helyettesítésére és segítségére fejlesztette ki a NASA a Robonaut elnevezésű humanoid robotot, mely már többször szerepelt sikeresen az űrben. A hosszú távú űrutazások során, olyan égitestek 4. ábra. A kanadai Titan Medical cég Amadeus nevű robotsebészeti rendszere, www.titanmedical.com megismerésében, ahol még ember nem járt, az ilyen robotoknak döntő szerepük lehet az esetleges ismeretlen, veszélyes sugárzások, kémiai és termikus hatások felmérésében, az ember helyettesítésében. A robotsebészeti technika fejlesztésének újabb irányai A robotsebészet előnyei vitathatatlanok, nem véletlenül reklámozzák ezzel a jelszóval: Sebészet túl az emberi kéz határain. Számos országban folynak kutatások, fejlesztések a területen a Medical Robotic Adatbázis (http://www.umm. uni-heidelberg.de/pps/ortho/meroda/) több mint 400 ilyen programot tart számon. A Washingtoni Egyetemen létrehozott RAVEN rendszer, a kínai Micro Hand, a japán MM1 mellett számos további robotsebészeti rendszer működik, vagy vár klinikai kipróbálásra szerte a világon. Nagy reményeket fűznek pl. a kanadai Titan Medical vállalat közeljövőben forgalomba kerülő Amadeus Robotic Surgical System elnevezésű berendezéséhez. Különleges formatervezése a Lamborghini Sesto mintájára készült (4. ábra). A Surgenius BETA robot a veronai Surgica Robotica S.p.a. cég fejlesztése, történetében a NASA mérnökének, a magyar származású Bejczy Antalnak korai robotsebészeti eredményei is szerepelnek (5. ábra). Az Alf-x Telelap (Advanced Laparoscopy through Force) szintén azt tűzte ki céljául, hogy vetélytársa lesz a da Vinci rendszernek. A milánói Sofar S.p.a gyógyszercég az Európa Unió Joint Research Centre részlegével együttműködve fejlesztette ki ezt a robotsebészeti rendszert, melynek már van haptic feedback -je, azaz a műtét alatt képes a szövetek konzisztenciájának érzékelésére, rendelkezik a műszerek használata során (pl. varrás, csomózás) végzett erőhatás szabályozásának lehetőségével (6. ábra). Mind a Surgeniusnak, mind az Alf-x-nek van már CE (Conformité Européenne) minősítése. Külön fejezetet képeznek az idegsebészetben alkalmazható robotsebészeti fejlesztések. Ilyen a NeuroMaster kínai sztereotaktikus berendezés, a NIRS szingapúri aktív, automatikus koponyacsontfúró berendezés vagy a Johns Hopkins Egyetem Steady- Hand Robot ja, amely tremorszűrést is biztosítva nyújt segítséget a szemműtéteknél. 2009-ben az internet segítségével a világ legkülönbözőbb részein működő 14 robotsebészeti rendszert kapcsoltak össze közös szoftverinterface segítségével. Sikeresen oldattak meg 30 feladatot bizonyítva, hogy a telerobotika a távsebészetben is az információs adathalmazra épül.
Robotsebészet 243 A jelenleg rendelkezésre álló legtöbb robottechnikával működő rendszer nem autonóm működésű, hanem a sebész irányítása alatt áll, tehát valójában robottal asszisztált sebészet a helyes elnevezés. 2006- ban egy pitvarfibrillatióban szenvedő betegnél már emberi irányítás nélkül, sikeresen végezte el egy robot a rádiófrekvenciás ablatiót Milánóban, mágneses katétert irányítva az érrendszerben. A műveletet közben Bostonból figyelték a módszer kidolgozói. Ezt az intervenciós elektrofiziológiai eljárást az tette lehetővé, hogy a katéter navigálásához rendelkezésre állt egy tízezer beteg érhálózatát összesítő szoftver. A robottechnika fejlődése a sebészet egyéb területeire is kiterjed. 5. ábra. Surgenius BETA robot, www.surgicarobotica.com Az Egyesült Államokban a Columbia Egyetemen fejlesztették ki a Penelope nevű Robot műtősnőt. A berendezés magába foglal egy robotkart, amely elektromágnes segítségével felemeli, a műszerelő (Sonnenburg) asztalra helyezi a kézi eszközöket, és a sebész utasítására kezébe adja azokat. Tartalmaz továbbá egy kerekes, készenléti eszközöket tároló asztalt, egy speciális szoftvert, amely felismeri a sebész hangját, kívánságát, egy mozdulatkoordináló szoftvert, amely a robotkar mozgását irányítja, egy kamerára épülő egységet, amellyel a berendezés látja, felismeri, elkülöníti az egyes műszereket. Része még egy beszédgeneráló szoftver is, mellyel Penelope válaszol is a sebésznek! 6. ábra. Az Alf-x Telelap robot látványképe, www.sofarfarm.com Robotgyógyszerészt is kifejlesztettek. A tabletták elosztása, Különösen jelentős a robottechnika mikrosebészeti alkalmazása állatkísérletben pl. a segítségével sikerült a re- megfelelő utasítás alapján az infúziós oldatokat elő tudja dobozokba helyezése egyszerű feladat. De ez a berendezés tina ereit kanülálni. állítani az előírt összetételben, és amikor munkájával elkészült, automatikusan hívja a kórházi robot-szállítókocsit Az Európai Unió 8 millió eurós támogatásával az ARAKNES (Array of Robots Augmenting the Kinematics of (Budapesten, a Honvéd Kórházban is működik ilyen), mely Endoluminal Surgery) robotsebészeti rendszert az endoluminalis műtétek precíz és biztonságos kivitelezésére hoz- A robotasszisztált regionális távanaesthesia experimen- eljuttatja a gyógyszert a kívánt helyre. ták létre: az egyén gyomrába biomimetikus, különlegesen tális modelljét a Floridai Egyetemen dolgozták ki. Ultrahang irányítása alapján a da Vinci rendszer robotkarjaival kifejlesztett mikroberendezés elemeit juttatják. Ezek felismernek egy adott feladatot (pl. vérzéscsillapítás), automatikusan a megoldására rendeződnek össze, és képesek a 2008-ban Kanadában történt az első, emberen vég- végeztek szimulált idegblokádot. sebészi munkára. rehajtott automata anaesthesiával végzett műtét. A
244 Sándor J. és mtsai McSleepynek nevezett robotrendszer három különféle paraméter: a narkózis mélysége (EEG-analízissel), a fájdalomérzet (Analgoscore-ral mért foka szerint) és az izomrelaxáció (phonomyographia értékei alapján) adatait automatikusan elemzi, és az eredmények alapján adagol megfelelő gyógyszereket infúziós pumpával laptoppal végzett számítógépes kontroll mellett. Ellenőrzött vizsgálatok azt jelezték, hogy ez a rendszer legalább olyan pontosan (néha még pontosabban) és gyorsan végzi el a feladatát, mint az aneszteziológus. A robottechnika a 21. század sebészetének nagy kihívása. Még csak a kezdeti lépések korszakában vagyunk, várható, hogy mind a diagnosztika, mind a terápia területén alapvetően befolyásolni, szolgálni és segíteni fogja a sebészek munkáját. Irodalomjegyzék 1 Sackier JM, Wang Y: Robotically assisted laparoscopic surgery. From concept to Development. Surg Endosc 1994; 8: 63 6 2 Haidegger T, Sándor J, Benyó Z: Robotsebészet távsebészet űrsebészet. Orvosképzés [megj. a.] 3 Bann S, Khan M, Hernandez J: Robotics in Surgery. J Am Coll Surg 2003; 196: 784 93 4 Marescaux J, Rubino F: The ZEUS Telerobotic Surgical System. In: Primer of robotic and telerobotic surgery. Lippincott, Philadelphia, 2004, 61 65 5 Rockall TA: The davinci Telerobotic Surgical System. In: Primer of robotic and telerobotic surgery. Lippincott, Philadelphia, 2004, 57 60 6 Taylor R, Kazanzides P: Medical robotics and computerintegrated interventional Medicine. Advances in computers. Emerg Technol 2008; 73: 219 58 7 Barbash GI, Glied SA: New technology and health care costs the case of robot-assisted surgery. N Eng J Med 2010; 363: 701 4 8 Andrews M: Questions arise about robotic surgery s cost, effectiveness. Medscape 2013; Apr 23 9 Lowes R: FDA investigates robotic surgery system after adverse event spike. Medscape 2013; Apr 30 10 Chand B: I can do it laparoscopically, I don t need a robot. SAGES 2013 Scientific Session. Apr 17 20, Baltimore, Abstracts: 77 11 Weismann JS, Zinner M: Comparative effectiveness research on robotic surgery. JAMA 2013; 309: 721 2 12 Rabin RC: Salesmen in the surgical suite. The New York Times, 2013; March 25