Cirurgiões Robóticos: Cirurgia de Tecidos Moles com Mínima Intervenção 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.

Contexto da cirurgia robótica

O conceito de cirurgia assistida por robô não é novo: vários sistemas já foram desenvolvidos e são 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 independentemente.

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

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

STAR: Robô autônomo para cirurgia de tecidos moles

Agora, pesquisadores financiados pelo NIBIB estão desenvolvendo um robô autônomo que pode realizar cirurgia intestinal com assistência mínima de um cirurgião. Além disso, o robô superou cirurgiões especialistas quando comparado diretamente em modelos pré-clínicos. Um estudo detalhando o desenvolvimento deste robô, que demonstra a primeira cirurgia laparoscópica autônoma de tecido mole conhecida, foi publicado recentemente na Science Robotics.

"Os resultados cirúrgicos dependem muito 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., diretora do programa na Divisão de Ciência Descoberta e Tecnologia do Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia. "Este trabalho pré-clínico é um passo importante rumo à cirurgia robótica autônoma em tecidos moles, que poderia proporcionar maior eficácia e segurança em pacientes humanos, independentemente do cirurgião."

O robô, chamado STAR (Smart Tissue Autonomous Robot), foi desenvolvido por Axel Krieger, Ph.D., e seus colegas na Universidade Johns Hopkins. Até agora, o robô foi desenvolvido para realizar anastomose intestinal — onde duas partes do intestino delgado são costuradas juntas para formar uma única seção contínua — sob supervisão e orientação de um cirurgião. Krieger explicou como o robô realiza o procedimento: Após o cirurgião expor manualmente as bordas do tecido, o STAR captura imagens e desenvolve um plano para colocação de suturas com base na forma e espessura do tecido. Uma vez que o operador humano aprova o plano, o STAR costura o tecido independentemente. Se o tecido se deforma ou move além de 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. "O STAR pode visualizar uma cena cirúrgica, gerar um plano cirúrgico e então executar esses planos com alta precisão e exatidão." Ele observou, no entanto, que o STAR não visa substituir cirurgiões. "Robôs autônomos, como o STAR, são projetados para serem incorporados ao fluxo de trabalho cirúrgico junto com cirurgiões, melhorando o desempenho de tarefas precisas e repetitivas e, em última análise, melhorando a consistência cirúrgica de paciente para paciente."

Resultados promissores

Para avaliar o desempenho do STAR em comparação com cirurgiões especialistas, os pesquisadores usaram tecidos intestinais "fantasma" como sistema modelo. Um intestino delgado sintético foi montado em um estágio linear programado para mover-se para frente e para trás, simulando movimentos respiratórios que ocorreriam durante a cirurgia. Além disso, durante esses experimentos, o tecido fantasma foi aleatoriamente rotacionado e deformado, exigindo que o STAR ou o cirurgião pausasse, reagrupasse e completasse o procedimento. O STAR realizou o procedimento em tecidos fantasma cinco vezes, e quatro cirurgiões realizaram o procedimento de duas maneiras diferentes — duas vezes usando laparoscopia manual tradicional, e duas vezes usando um sistema diferente de assistência robótica.

Quando comparado com os cirurgiões especialistas, o STAR cometeu menos erros e foi mais consistente no espaçamento e profundidade das suturas. Além disso, quando os pesquisadores fizeram líquido viscoso fluir através dos intestinos fantasia ressecados, descobriram que o fluxo era mais laminar (suave e simplificado) nos tecidos reconstruídos pelo STAR, indicando uma anastomose de maior qualidade do que aquelas realizadas pelos cirurgiões especialistas.

Finalmente, o desempenho do STAR foi avaliado em um modelo animal de grande porte. 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 com 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 entre os dois métodos cirúrgicos diferentes.

"Nossos resultados indicam que o STAR é mais consistente e preciso que cirurgiões especialistas ao realizar tarefas de sutura", disse Krieger. Ele observou que suas descobertas demonstram o potencial para robótica cirúrgica autônoma democratizar o cuidado cirúrgico — o que poderia levar a resultados de pacientes mais previsíveis e consistentes.

"Embora muitos possam sentir hesitação em ter uma máquina realizando uma tarefa especializada tradicionalmente realizada por um humano, sistemas robóticos têm o potencial de melhorar resultados de pacientes em ambientes médicos", disse Krieger. "Assim como o público abraçou a influxo gradual de controle de cruzeiro, assistência de faixa e recursos de autoestacionamento em automóveis — que eventualmente levarão a carros autônomos — acho que veremos uma progressão semelhante no campo da robótica médica."