ロボットは最小限の人間の助けを借りて軟組織手術を行います

次の手術がロボットによって計画され実行された場合はどうなりますか？ジョンズホプキンス大学のチームは、このアイデアを実現するために取り組んでいます。

ロボット支援手術の概念は新しいものではありません。いくつかのシステムがすでに開発されており、人間の患者の治療に使用されています。一例は、外科医によって遠隔操作されるロボットアームを備えた腹腔鏡装置であるダヴィンチ外科システムです。このシステムは自律的ではありません—ロボットは独立して外科的タスクを実行しません。

TSolutionOne ^® など、より高いレベルの自律性を備えた他のロボットシステムが開発されています。 、ロボットを使用して、事前に指定された計画に従って骨を正確に切断します。

既存の自律型ロボットシステムは、股関節や膝関節のインプラントのために骨に穴を開けるなど、硬組織を含む手術を支援するために主に使用されてきました。しかし、これらのシステムは、患者が呼吸するときに発生する予測できない組織の動きや手術器具のサイズ制限など、独特の課題をもたらす軟部組織の手術には使用されていません。

現在、NIBIBの資金提供を受けた研究者は、外科医の最小限の支援で腸の手術を実行できる自律型ロボットを開発しています。さらに、前臨床モデルで直接比較した場合、ロボットは専門の外科医を上回りました。このロボットの開発を詳述した研究は、最初の既知の自律腹腔鏡下軟組織手術を紹介し、最近 Science Roboticsに掲載されました。 。

「手術の結果は、外科医のスキルと経験に大きく依存します。腸の手術で1つでも縫い目を外すと、内部の漏れや感染につながる可能性があります」と、ディスカバリー科学技術部門のプログラムディレクターであるモリアビットマン博士は述べています。 National Institute of BiomedicalImagingandBioengineeringで。 「この前臨床研究は、軟組織での自律型ロボット手術に向けた重要なステップであり、外科医とは関係なく、人間の患者の有効性と安全性を高めることができます。」

STAR（Smart Tissue Autonomous Robotの略）と呼ばれるロボットは、ジョンズホプキンス大学のアクセルクリーガー博士と彼の同僚によって開発されました。これまでのところ、ロボットは、外科医の監督と指導の下で、腸の吻合（2つの小腸を縫い合わせて1つの連続したセクションを形成する）を実行するように開発されてきました。 Kriegerは、ロボットがどのように手順を実行するかを説明しました。外科医が組織の端を手動で露出した後、STARは画像を撮影し、組織の形状と厚さに基づいて縫合糸の配置計画を作成します。人間のオペレーターが計画を承認すると、STARは独立して組織を縫い合わせます。組織が変形したり、設定されたしきい値を超えて移動したりした場合、STARは外科医に新しい手術計画を作成する必要があるかどうかを尋ねます。このプロセスは、ロボットが手順全体を完了するまで繰り返されます。

「新しい縫合ツール、イメージングシステム、機械学習アルゴリズム、ロボット制御を組み込むことで、STARシステムは軟組織での自律腹腔鏡手術の課題を克服するために装備されています」とKrieger氏は述べています。 「STARは、手術シーンを視覚化し、手術計画を生成し、それらの計画を高精度かつ正確に実行することができます。」しかし彼は、STARは外科医に取って代わるものではないと述べた。 「STARのような自律型ロボットは、外科医と一緒に手術ワークフローに組み込まれるように設計されており、正確で反復的なタスクのパフォーマンスを向上させ、最終的には患者間の手術の一貫性を向上させます。」

専門の外科医と比較してSTARのパフォーマンスを評価するために、研究者はモデルシステムとして「ファントム」腸組織を使用しました。合成小腸は、前後に動くようにプログラムされた線形ステージに取り付けられ、手術中に発生する呼吸運動をシミュレートしました。また、これらの実験中、ファントム組織はランダムに回転および変形し、STARまたは外科医が手順を一時停止、再グループ化、および完了する必要があると彼は述べた。 STARはファントム組織に対して5回手術を行い、4人の外科医は2つの異なる方法で手術を行いました。2回は従来の手動腹腔鏡検査を使用し、2回は異なるロボット支援システムを使用しました。

専門の外科医と比較した場合、STARはミスが少なく、縫合糸の間隔と深さの点で一貫性がありました。さらに、研究者が切除されたファントム腸に粘性のある液体を流したとき、STARによって再構築された組織の中で最も層流（滑らかで流線型）であることがわかりました。これは、専門の外科医が行ったものよりも高品質の吻合を示しています。

最後に、STARのパフォーマンスを大型動物モデルで評価しました。腸吻合は5頭のブタで行われた。 4匹の動物では、手順はSTARを介して実行され、5番目の動物では、手順は従来の手動腹腔鏡検査を介して実行されました。ファントム実験と同様に、STARは専門の外科医と比較してミスが少なかった。さらに、研究者が切除された腸が手術の7日後にどれだけよく治癒したかを分析したとき、2つの異なる外科的方法の間で創傷治癒に観察可能な違いはありませんでした。

「私たちの結果は、縫合作業を行う際に、STARが専門の外科医よりも一貫性があり正確であることを示しています」とKrieger氏は述べています。彼は、彼らの調査結果は、自律手術ロボットが外科治療を民主化する可能性を示していると述べました。これは、より予測可能で一貫した患者の転帰につながる可能性があります。

「多くの人が、従来は人間が行っていた特殊なタスクを機械に実行させることに躊躇するかもしれませんが、ロボットシステムは医療現場での患者の転帰を改善する可能性があります」とKrieger氏は述べています。 「一般の人々が自動車のクルーズコントロール、レーンアシスト、セルフパーキング機能の段階的な流入を受け入れているように、最終的には自動運転車につながります。医療用ロボットの分野でも同様の進展が見られると思います。 」