Università degli Studi di RomaUniversità degli Studi di Roma““Tor Vergata”Tor Vergata”

Tecnologie Chirurgiche InnovativeTecnologie Chirurgiche Innovative

(Prof. Francesco Rulli, Dipartimento di (Prof. Francesco Rulli, Dipartimento di Chirurgia)Chirurgia)

Robotica in Chirurgia Robotica in Chirurgia stato dell’arte e nuove tecnologiestato dell’arte e nuove tecnologie

Francesco Rulli

Storia della robotica in Storia della robotica in chirurgiachirurgia 1985: Kwoh, Young et al.

primo robot utilizzato su un paziente per neurochirurgiaPUMA 260 – 22 pazienti

1989: Lavallée, Benabid et al. primo paziente in neurochirurgiarobot industriale modificato ancora in uso (Neuromate)

1991: Davies et al.primo paziente per TURPPUMA 560

1992: primo paziente in chirurgia dell’ancaROBODOC (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 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 Sistemi semplicisemplici

Sistemi Sistemi complessicomplessi

ManipolatoriManipolatori End-effectorsEnd-effectors Endosensori (di forza, Endosensori (di forza,

pressione, campo pressione, campo elettrico, radioattività…)elettrico, radioattività…)

Sistemi di visione 3-DSistemi di visione 3-D Interfaccia uomo-Interfaccia uomo-

macchinamacchina

Sistemi master-slavecomposti da:

Esempi:

ZEUSda Vinci™

da Vinci™

ZEUSZEUS

Vantaggi derivanti Vantaggi derivanti dall’utilizzo di sistemi roboticidall’utilizzo di sistemi robotici Soluzione alle limitazioni ergonomiche e visive Soluzione alle limitazioni ergonomiche e visive

dei sistemi di laparoscopia (più gradi di libertà, dei sistemi di laparoscopia (più gradi di libertà, visione 3D)visione 3D)

Elevata precisione (filtraggio del tremore, Elevata precisione (filtraggio del tremore, motion scaling)motion scaling)

Ideali per compiti ripetitivi (suture)Ideali per compiti ripetitivi (suture) TelechirurgiaTelechirurgia Riduzione della perdita di sangue e del doloreRiduzione della perdita di sangue e del dolore Ridotta invasività (incisioni da 7 a 12 mm per Ridotta invasività (incisioni da 7 a 12 mm per

trocar)trocar) Riduzione dei tempi post-operatoriRiduzione dei tempi post-operatori Minor impiego di personale in sala operatoriaMinor impiego di personale in sala operatoria TrainingTraining

SvantaggiSvantaggi CostoCosto

(ZEUS: $975,000; daVinci: $ 1,000,000)(ZEUS: $975,000; daVinci: $ 1,000,000)(strumentazione daVinci: $1,400-2,500, limitata a dieci (strumentazione daVinci: $1,400-2,500, limitata a dieci sessioni)sessioni)

Curva di apprendimentoCurva di apprendimento(12-18 pazienti, circa 40 ore)(12-18 pazienti, circa 40 ore)

Tempi operatori prolungati per il personale non Tempi operatori prolungati per il personale non specializzato (paziente più a lungo sottoposto ad specializzato (paziente più a lungo sottoposto ad anestesia e alla macchina cuore-polmoni)anestesia e alla macchina cuore-polmoni)

Diffidenza del paziente e/o del chirurgoDiffidenza del paziente e/o del chirurgo

Non ci sono evidenze di problemi relativi a guasti o Non ci sono evidenze di problemi relativi a guasti o procedure scorrette (buone misure di sicurezza)procedure scorrette (buone misure di sicurezza)

Imaging 3D e Imaging 3D e visualizzazionevisualizzazione

False 3-D imagingFalse 3-D imagingDue immagini create, una Due immagini create, una sfasata o ritardata rispetto sfasata o ritardata rispetto all’altraall’altra

Interlacciate a 120 Hz su singolo Interlacciate a 120 Hz su singolo schermoschermo

Mancanza di percezione di Mancanza di percezione di profonditàprofondità

Utilizzo di shutter glasses Utilizzo di shutter glasses sincronizzatisincronizzati

True 3-D imagingTrue 3-D imagingDue immagini create da due Due immagini create da due diverse camerediverse camere

Percezione di profondità dovuta Percezione di profondità dovuta alla visione binocularealla visione binoculare

Utilizzo di caschetto provvisto di Utilizzo di caschetto provvisto di due display oppure di visione due display oppure di visione immersivaimmersiva

Imaging 3-D: Virtual Retinal Imaging 3-D: Virtual Retinal DisplayDisplay

Vantaggi dell’utilizzo:

•Risoluzione

•Colori

•Ergonomicità

•Alimentazione

•Scalabilità

•Costo

Manipolatori e end-Manipolatori e end-effectorseffectors

Miglioramento dei precedenti Miglioramento dei precedenti sistemi laparoscopici in sistemi laparoscopici in termini di ergonomicità e termini di ergonomicità e gradi di libertàgradi di libertà

Utilizzo del principio degli elementi di Müglitz per l’orientazione di strumenti di chirurgia laparoscopica

Sistema endowristTM

Esempio di sutura

Interfaccia uomo-macchina:Interfaccia uomo-macchina:force-feedback e interfacce force-feedback e interfacce

apticheaptiche

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

Sensori sul sistema slave attivo

Sensazioni sul sistema master passivo

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

Interfacce aptiche: trainingInterfacce aptiche: trainingQueste interfacce sono Queste interfacce sono largamente utilizzate a scopo di largamente utilizzate a scopo di simulazione e didattica simulazione e didattica nell’ambito della chirurgia nell’ambito della chirurgia roboticarobotica

Sistema Kismet

TelechirurgiaTelechirurgia

7/09/2001: Operazione Lindbergh

Colecistectomia su una donna 68ennecon 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 Chirurgia tradizionale e robotica robotica

a confrontoa confrontoChirurgiaTradizionale

Laparoscopia Chirurgia Robotica

Tempo operazione 3,5 ore 4-5 ore 3,5 ore

Degenza Due giorni Un giorno Un giorno

Lunghezza totaledell’incisione

5 pollici 2 pollici 2 pollici

Perdita di sangueStimata

375 cc 400 cc 116 cc

Visualizzazione 3-D 2-D 3-D

IngrandimentoFino a 3X con Occhiali

Fino a 6X consingola camera

Fino a 10-12 X con due cameread alta risoluzione

Manipolazione deglistrumenti

Normale Contro-intuitiva Normale (Micro-precision)

Esempio riferito a prostatectomia effettuata con sistema da VinciTM

UC Irvine Medical Center, Irvine, CA

Esempi di chirurgia Esempi di chirurgia roboticarobotica

Prostatectomia effettuata con sistema da VinciTM

Esempi di chirurgia Esempi di chirurgia roboticarobotica

Nefrectomia totaleBypass coronarico

Esempi di chirurgia Esempi di chirurgia roboticarobotica

Neurochirurgia con sistema Neuromate

Colecistectomia