Robô realiza cirurgia de tecidos moles com o mínimo de ajuda humana

E se sua próxima cirurgia fosse planejada e realizada por um robô? Uma equipe da Universidade Johns Hopkins está trabalhando para transformar essa ideia em realidade.

O conceito de cirurgia assistida por robô não é novo:vários sistemas já foram desenvolvidos e estão sendo usados ​​para tratar pacientes humanos. Um exemplo é o sistema cirúrgico da Vinci, um dispositivo laparoscópico com braços robóticos controlados remotamente por um cirurgião. Este sistema não é autônomo – o robô não realiza nenhuma tarefa cirúrgica de forma independente.

Outros sistemas robóticos com maiores níveis de autonomia foram desenvolvidos, como o TSolution One ^® , que usa um robô para cortar osso com precisão de acordo com um plano pré-especificado.

Os sistemas robóticos autônomos existentes têm sido amplamente utilizados para auxiliar em cirurgias envolvendo tecidos duros, como perfuração óssea para implantes de quadril ou joelho. Mas esses sistemas não foram usados ​​para cirurgias de tecidos moles, que apresentam desafios únicos, como contabilizar movimentos imprevisíveis de tecidos que ocorrem quando o paciente respira ou limitações de tamanho das ferramentas cirúrgicas.

Agora, pesquisadores financiados pelo NIBIB estão desenvolvendo um robô autônomo que pode realizar cirurgias intestinais com o mínimo de assistência de um cirurgião. Além disso, o robô superou os cirurgiões experientes quando comparados em modelos pré-clínicos. Um estudo detalhando o desenvolvimento deste robô, que mostra a primeira cirurgia laparoscópica autônoma de tecidos moles conhecida, foi publicado recentemente na Science Robotics .

“Os resultados cirúrgicos são altamente dependentes da habilidade e experiência do cirurgião, e até mesmo um ponto perdido em uma cirurgia intestinal pode levar a vazamento interno e infecção”, disse Moria Bittmann, Ph.D., Diretor de Programa na Divisão de Ciência e Tecnologia de Descobertas. no Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia. “Este trabalho pré-clínico é um passo importante para a cirurgia robótica autônoma em tecidos moles, que pode proporcionar maior eficácia e segurança em pacientes humanos, independente do cirurgião.”

O robô, chamado STAR (de Smart Tissue Autonomous Robot), foi desenvolvido por Axel Krieger, Ph.D., e seus colegas da Universidade Johns Hopkins. Até agora, o robô foi desenvolvido para realizar anastomose intestinal – onde dois pedaços de intestino delgado são costurados para formar uma única seção contínua – sob a supervisão e orientação de um cirurgião. Krieger explicou como o robô realiza o procedimento:Depois que o cirurgião expõe manualmente as bordas do tecido, o STAR tira as imagens e desenvolve um plano para a colocação da sutura com base na forma e na espessura do tecido. Uma vez que o operador humano aprova o plano, a STAR costura independentemente o tecido. Se o tecido se deformar ou ultrapassar um limite definido, o STAR pergunta ao cirurgião se um novo plano cirúrgico deve ser criado. Este processo é repetido até que o robô complete todo o procedimento.

“Ao incorporar novas ferramentas de sutura, sistemas de imagem, algoritmos de aprendizado de máquina e controles robóticos, o sistema STAR está equipado para superar os desafios da cirurgia laparoscópica autônoma em tecidos moles”, disse Krieger. “A STAR pode visualizar uma cena cirúrgica, gerar um plano cirúrgico e, em seguida, executar esses planos com alta exatidão e precisão.” Ele observou, no entanto, que o STAR não se destina a substituir os cirurgiões. “Robôs autônomos, como o STAR, são projetados para serem incorporados ao fluxo de trabalho cirúrgico junto com os cirurgiões, aprimorando o desempenho de tarefas precisas e repetitivas e, finalmente, melhorando a consistência cirúrgica de paciente para paciente.”

Para avaliar o desempenho do STAR em comparação com cirurgiões experientes, os pesquisadores usaram tecidos intestinais “fantasmas” como um sistema modelo. Um intestino delgado sintético foi montado em um palco linear que foi programado para se mover para frente e para trás, que simulava os movimentos respiratórios que ocorreriam durante a cirurgia. Além disso, durante esses experimentos, o tecido fantasma foi girado e deformado aleatoriamente, exigindo que o STAR ou o cirurgião pausassem, reagrupassem e completassem o procedimento, disse ele. A STAR realizou o procedimento em tecidos fantasmas cinco vezes, e quatro cirurgiões realizaram o procedimento de duas maneiras diferentes - duas vezes usando laparoscopia manual tradicional e duas vezes usando um sistema assistido por robô diferente.

Quando comparado com os cirurgiões experientes, o STAR apresentou menos erros e foi mais consistente no espaçamento e profundidade das suturas. Além disso, quando os pesquisadores fizeram fluir líquido viscoso pelas entranhas fantasmas ressecadas, descobriram que o fluxo era o mais laminar (suave e aerodinâmico) nos tecidos reconstruídos pelo STAR, indicando uma anastomose de maior qualidade do que as realizadas pelos cirurgiões experientes.

Por fim, o desempenho do STAR foi avaliado em um modelo animal de grande porte. A anastomose intestinal foi realizada em cinco porcos. Em quatro dos animais, o procedimento foi realizado via STAR, e para o quinto animal, o procedimento foi realizado via laparoscopia manual tradicional. Semelhante aos experimentos fantasmas, o STAR cometeu menos erros em comparação com o cirurgião especialista. Além disso, quando os pesquisadores analisaram quão bem os intestinos ressecados haviam cicatrizado sete dias após a cirurgia, não houve diferença observável na cicatrização de feridas entre os dois métodos cirúrgicos diferentes.

“Nossos resultados indicam que o STAR é mais consistente e preciso do que cirurgiões experientes ao realizar tarefas de sutura”, disse Krieger. Ele observou que suas descobertas demonstram o potencial da robótica cirúrgica autônoma para democratizar o atendimento cirúrgico – o que pode levar a resultados mais previsíveis e consistentes para os pacientes.

“Embora muitos possam se sentir hesitantes em ter uma máquina executando uma tarefa especializada que é tradicionalmente realizada por um humano, os sistemas robóticos têm o potencial de melhorar os resultados dos pacientes em ambientes médicos”, disse Krieger. “Assim como o público adotou o influxo gradual de recursos de controle de cruzeiro, assistência de pista e estacionamento automático em automóveis – que eventualmente levarão a carros autônomos – acho que veremos uma progressão semelhante no campo da robótica médica. ”