La chirurgia robotica autonoma: il robot STAR

Attualmente gli interventi chirurgici robot-assistiti (Rass) dipendono interamente dalle capacità manuali del chirurgo e dalla esperienza acquisita, il che può influenzare i risultati funzionali. E’ questa la principale differenza della chirurgia robotica Autonoma ovvero il robot è in grado di operare autonomamente standardizzando in questo modo la tecnica chirurgica attraverso un software autoapprendente. La tecnica ad oggi sperimentale si è dimostrata di maggiore efficacia e di maggiore sicurezza rispetto alla tecnica robotica tradizionale annullando la possibilità di errore.

Il prototipo utilizzato è lo STAR (Smart Tissue Autonomous Robot) approvato dalla FDA Americana che utilizza il rivoluzionario sistema Plenoptic ovvero un sistema 3D in grado di riconoscere e differenziare le strutture anatomiche grazie ad un sistema ad attività fluorescente nel vicino infrarosso (NIRF) che permette di ottenere in fase preoperatoria un’imaging tridimensionale ingrandita ad alta definizione sulla quale è possibile elaborare la strategia chirurgica. In tal modo il robot è in grado, grazie ad un apposito algoritmo elaborato dal computer di eseguire autonomamente e con altissima precisione interventi chirurgici. Nonostante i notevoli miglioramenti dei risultati chirurgici derivato dalla adozione della tecnica robotica i risultati sono rimasti variabili in base a numerosi fattori quali il numero di interventi/anno/Centro, esperienza del chirurgo e grado di coordinazione occhio-mano derivato da un costante allenamento.

Secondo l'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione,

la “autonomia chirurgica robotica” è definita come "la capacità di eseguire artificialmente l’ attività chirurgica voluta senza l’intervento umano attraverso fasi di pianificazione, insegnamento e monitoraggio dei risultati assistite da un computer” (ISO 8373: 2012;)

Quindi è necessario realizzare un modello anatomico personalizzato preoperatorio da applicare durante l'intervento chirurgico. In tal modo il robot è in grado di eseguire con estrema precisione i compiti assegnati sotto la supervisione del chirurgo. Gli interventi eseguiti sperimentalmente sono stati prevalentemente sui tessuti molli dei maiali. In fase intraoperatoria il robot ha avuto difficoltà a riconoscere tessuti a differente elasticità determinati dal cambio di piani chirurgici o di consistenza del tessuto come avviene ad esempio dopo cauterizzazione.

Lo STAR è un robot intelligente dotato di braccia ad otto gradi di libertà (DOF) con strumenti chirurgici intercambiabili collegato con un “sensore di forza” che permette di eseguire movimenti di precisione sub-millimetrici applicando trazioni sui tessuti impercettibili. Le immagini elaborate al computer sono traslate su di una scacchiera dotata di un sistema di tracciamento visivo 3D elaborando in tal modo la strategia chirurgica che il robot andrà ad eseguire successivamente consentendo al chirurgo di supervisionare l’operato ed intervenire in caso di necessità. 

E’ stata confrontata la sutura su intestino di suino eseguita distintamente da 7 chirurgi esperti in suture OPEN, laparoscopiche, Robot assistite con piattaforma Da Vinci e robot assistite con piattaforma STAR. Il sistema STAR è sempre stato in grado di esercitare una trazione con conseguente deformazione del tessuto al passaggio dei punti significativamente più bassa rispetto alle altre tecniche. Grazie a calcoli ottenuti dalla misurazione dello spessore e dalla circonferenza del lume intestinale lo STAR è stato in grado di calcolare ed applicare la giusta spaziatura equidistante fra un passaggio e l’altro dell’ago garantendo una maggiore tenuta dell’anastomosi. Infatti al termine della sutura si misurava la pressione di cedimento della sutura che è risultata significativamente più alta nella anastomosi eseguita con il sistema STAR anche se con tempi di esecuzione maggiori.

Conclusioni

L'intento di questa dimostrazione di fattibilità di una chirurgia robotica autonoma sui tessuti molli non è diretta, come molti avranno pensato, alla possibile sostituzione del chirurgo con un robot intelligente, ma rappresenta una ulteriore evoluzione della tecnica chirurgica che permette di sfruttare la destrezza robotica con l’intento di migliorare l’outcome chirurgico. In tal modo è possibile garantire una standardizzazione di tecnica chirurgica messa a punto soprattutto per interventi di esecuzione routinaria come la prostatectomia radicale, uniformando i risultati in tutti i Centri in cui si esegue una chirurgia ad alto livello.

La possibile miniaturizzazione degli strumenti consentirà in un prossimo futuro l’utilizzo anche in chirurgia vascolare e nella esecuzione di anastomosi vascolari come ad esempio durante i trapianti. Inoltre l’utilizzo di una telecamera 3D laparoscopica miniaturizzata consentirà di ridurre ulteriormente la invasività dell’atto chirurgico garantendo tempi di recupero ancora più rapidi.

Sorgente:

Supervised autonomous robotic soft tissue surgery

1. Azad Shademan¹, Ryan S. Decker¹, Justin D. Opfermann¹, Simon Leonard², Axel Krieger¹ and Peter C. W. Kim¹,* Science Translational Medicine  04 May 2016:
   Vol. 8, Issue 337, pp. 337ra64
   DOI: 10.1126/scitranslmed.aad9398