ROBOTICA E TELEROBOTICA IN CHIRURGIA

1. ROBOTICA E TELEROBOTICA IN CHIRURGIA La robotica e le telecomunicazioni sono in grado di offrire nuove possibilità diagnostiche e terapeutiche. Oggi circa settecentomila robot nel mondo sono in attività, con le più svariate applicazioni. Alla fine degli anni '60 i robot erano poche decine. Oggi i robot per la chirurgia sono circa 300. Partendo dalle richieste specifiche, si può scegliere o inventare il robot più adatto. L'esperienza acquisita nella costruzione di robot industriali può essere trasferita nella medicina e nella chirurgia. Le parole "chirurgia" e "robotica" presentano un'analogia etimologica. Chirurgia è operatività con le mani (radici: cheir, mano, e ergon, lavoro, in greco). L’ etimologia di robot è legata alla parola slava con radice raboti, cioè lavoro.

2. TELECHIRURGIA La robotica esiste come integrazione scientifica di meccanica, elettronica, informatica, sensoristica, controllistica. La chirurgia utilizza anche l'elaborazione delle immagini, la visione endoscopica . La chirurgia laparoscopica per prima ha coinvolto il chirurgo in un'immagine del campo operatorio non solo reale ma anche virtuale. Il monitor riporta l'immagine vista dalla endocamera, inserita nel corpo del paziente.

3. TELECHIRURGIA Nel 1993 la FDA (Food and Drug Administration) degli Stati Uniti ha concesso l'autorizzazione ad operare chirurgicamente con un robot per l'applicazione semiautomatica di una protesi d'anca. Il robot della Sankyo lavora con una piccola fresa veloce l'estremità dell'osso femorale e permette un adattamento ottimo della protesi, con un ampio e ben accoppiato contatto tra le superfici (fino al 90% di contatto superficiale). Un calcolatore elabora i dati pre-operatori del paziente e, attraverso simulazione grafica, suggerisce il tipo di protesi d'anca (forma, dimensione della testa, disposizione all'interno del femore) per l'operazione. La sicurezza al 100% sulle operazioni, ripetute in laboratorio su cavie e con successo, ha permesso l'adozione del sistema.

4. TELECHIRURGIA La chirurgia robotica ha mostrato alcune applicazioni nell'uso di robot passivi in neurochirurgia stereotassica. I calcolatori trasmettono informazioni sulle condizioni di punti del cervello e, attraverso l'elaborazione delle immagini fornite da TAC, posizionano l'estremità di un robot. Le leggi sulla sicurezza nell'Unione Europea stanno diventando obbligatorie. Dal 1995 è obbligatoria anche una certificazione di garanzia su macchine e sistemi, a protezione sia dell'utilizzatore sia del costruttore.

5. TELECHIRURGIA Oggi il criterio del calcolo del rischio usa dati quantitativi più validi dei vecchi criteri di sicurezza assoluta. Il valore numerico più utilizzato è l'MTBF (Mean Time Between Failure), cioè il tempo medio intercorrente tra due guasti. Se tale tempo medio è fortemente superiore alla vita della macchina, allora il sistema offre una sua sicurezza intrinseca. Il robot è adatto nei casi in cui le funzioni da eseguirsi richiedono: * abbreviazione della durata di alcune fasi elementari, che esigono precisione e accuratezza; * esecuzione di compiti elementari, con controllo a distanza del processo automatico.

6. TELECHIRURGIA Nessun robot per ora riesce a simulare la destrezza e flessibilità della mano umana del chirurgo. Ad es. la chirurgia video-endoscopica permette un'applicazione di tecnologie nuove in operazioni che restano per molti aspetti di tipo tradizionale. La chirurgia laparoscopica e la chirurgia toracoscopica sono operazioni rispettivamente all'interno dell'addome e del torace, nei quali si introducono gli strumenti attraverso due o più fori, osservando il campo operatorio con una micro telecamera inserita attraverso un ulteriore foro.

7. TELECHIRURGIA Circa 80 robot per laparoscopia sono utilizzati attualmente in sala chirurgica negli Stati Uniti, con la funzione di sostenere la telecamera e muoverla: il chirurgo aziona il robot con uno speciale pedale, ed in tal modo non è distratto nella sua operatività manuale. I robot usati per l'applicazione di protesi d'anca sono comandati da un programma software, si muovono su traiettorie che vengono continuamente verificate e controllate mediante punti di riscontro e di riferimento, per garantire la correttezza dei movimenti. Robot per la stereotassi sono usati nella chirurgia del cervello e permettono una grande precisione operativa.

8. TELECHIRURGIA Si vanno iniziando sperimentazioni per la chirurgia robotizzata dell'occhio, in particolare con un piccolo telerobot costruito dal Laboratorio del JPL della NASA per il Centro Ospedaliero di Memphis, USA. La chirurgia robotica è nata dall'applicazione di robot industriali per operazioni, ove è richiesta una grande precisione di posizionamento ed una bassa capacità manuale. Per gli attuali robot si hanno programmi che non sono in grado di gestire le variazioni delle condizioni operatorie: in tale caso il robot si arresta e si sposta dal campo operatorio, lasciando via libera al chirurgo.

9. TELECHIRURGIA Le prospettive della chirurgia robotica sono molto aperte. Ma la tecnologia si diffonderà se si stabiliranno le regole di comportamento dei robot, accettati dai Comitati Etici degli Ospedali, e se esisteranno certificazioni di affidabilità, confortate da opportune serie di prove sperimentali. Inoltre, è necessario preavvisare il paziente sul tipo di intervento che sarà reso necessario. L’interesse dell’uso della robotica in chirurgia è dovuto alla ripetibilità delle esecuzioni, alla loro precisione, alla loro assoluta documentabilità, su nastro magnetico o su dischetto.

10. TEELECHIRURGIA Un secondo aspetto riguarda le possibilità tecnologiche attuali, offerte dalle comunicazioni via cavo, con satellite, via telefono, con modem, via ISDN (con reti a fibre ottiche). Mezzi multipli di comunicazione supportati da centrali di ascolto e di intervento stanno rendendo possibile una gestione informatica della cura del paziente, con trasmissione di dati, di immagini, di voce e di segnali, per diagnosi e terapia. Migliora la tecnologia dell'elaborazione delle immagini mediche, fornite da macchine per tomografia, a risonanza magnetica nucleare, ad effetto Doppler, ad ultrasuoni, con laser a scansione.

11. TELECHIRURGIA La telecomunicazione del software permette l'invio di procedure di analisi di immagini e di dati clinici mediante reti Internet, che possono usare normali calcolatori da studio e ufficio. Sta diventando sempre più reale il mondo come città unica, collegata da comunicazioni ipermediali. La telechirurgia offre prospettive interessanti in sinergia con le telecomunicazioni. La comunicazione a distanza delle informazioni e dei dati, dei segnali e delle immagini, e anche dei comandi digitali dei robot, viaggia ormai su fibre ottiche ad altissima velocità. I telemanipolatori per le applicazioni nucleari sono sistemi a controllo remoto, con distanze tra operatore e manipolatore di alcune decine di metri. La distanza è cresciuta con i primi telerobot per lo spazio: decine di migliaia di chilometri separano le stazioni a terra dai sistemi robotici spaziali.

12. TELECHIRURGIA Per la chirurgia telerobotica, destrezza e precisione devono essere massime. In ogni caso un robot che opera sul paziente richiede sempre un assistente esperto nella zona operatoria, per intervenire in caso di emergenza. Il nuovo vantaggio è che le telecomunicazioni permettono di unire più medici in una rete integrata: ognuno di essi, davanti al proprio terminale, può comunicare con gli altri, e chiedere di agire mediante il robot. La stazione operatoria può essere collocata in ogni parte del mondo, purché raggiungibile con una antenna satellitare, o con un semplice terminale telefonico a fibre ottiche. I dati e le immagini possono essere condivise, anche le opinioni possono essere scambiate, a costi accettabili. La telerobotica chirurgica può essere una tecnologia di assistenza per molti interventi: ·prelievo di sangue in pazienti lontani dai centri medici ad operazioni di primo intervento con ambulanze telerobotizzate, come sta realizzando l'Esercito americano ·prelievo di sangue in malati con forme contagiose o addirittura con AIDS ·operazioni semplici, in località quasi inaccessibili, come ad esempio nel centro dell'Africa.

13. TELECHIRURGIA Esempio pratico di telerobotica chirurgica: il primo settembre 1995, alle ore 10.55, dal Politecnico di Milano, Laboratorio di Telerobotica, un chirurgo, il Professor Enrico Pisani, Direttore dell'Istituto di Urologia del Policlinico di Milano, ha azionato un robot nel suo Istituto, con un collegamento via fibre ottiche in rete ISDN, per una distanza tra paziente e chirurgo di circa 10 chilometri. Il paziente ha subìto una biopsia prostatica, telerobotizzata, in anestesia totale. L'intervento sul paziente umano è stato eseguito dal robot assistente dopo più di 1200 prove di simulazione su modelli, con l'identica procedura e, dopo tre anni di test su manichini, con chirurgia robotica.

14. TELECHIRURGIA Le ricerche svolte riguardano realizzazione di un sistema per il telecontrollo di un robot composto da: - stazione di controllo dove il teleoperatore pilota gli spostamenti del robot remoto tramite un mouse disponendo di tre telecamere che inquadrano la scena.- stazione operativa composta da un elaboratore di controllo della comunicazione e da un robot.Le ricerche sono state svolte utilizzando: - stazione di telecontrollo- personal computer MS-DOS compatibile- frame grabber basato su microprocessore PC-Video- Windows 3.1, ToolBook 1.5 stazione operativa- linguaggio LabWindows di National Instruments- robot IBM 7575- linguaggio AML