High-tech medicina

Širom sveta uspešno se obavljaju operacije koje planira hirurg, a zatim u samom izvršavanju u pomoć priskače robot

Prošla je skoro decenija otkada je izvršena prva operacija srca bez otvaranja pacijenta. Hirurški zahvati zahtevaju preciznost koju ljudsko biće nekad nije u stanju da postigne. Zato se radi na sistemima koji udružuju hirurško znanje i računarsku preciznost. Takođe, sve više je u medicinskoj upotrebi i daljinsko upravljanje robotskim sistemima.

Primena robota pri operacijama jedno je od najznačajnijih polja tehnomedicine. Nove tehnologije omogućuju da se operacija vrši pravljenjem veoma malog reza. Izbegavanje „otvaranja” pacijenta znatno umanjuje rizike od infekcija, postoperativnih komplikacija, kao i faktor ljudske greške. Naravno i oporavak je samim tim znatno brži. Prednost robota je preciznost, kao i mogućnost da dosegnu do najmanjih tačaka i na njima vrše intervencije kakve hirurzi nisu kadri da obave. Sve nove tehnologije usavršavaju operacije sa minimalnom invazijom na telo pacijenta, tj. bez njegovog otvaranja. Glavne prednosti primene minimalno invazivne hirurgije jesu manji stres za pacijenta i veća pouzdanost operacije. Trajanje same procedure i rehabilitacija pacijenta znatno su smanjeni.

Roboti danas mogu da uđu u telo kamerom, izvrše biopsije i hirurzima daju potpuno novu sliku organizma pacijenta. Dok neki roboti služe kao pomagalo hirurzima, drugi su autonomni. Roboti su sve više u upotrebi u operacionim salama i možda će jednog dana potpuno zameniti hirurge.

Prvi roboti u hirurgiji

Godine 1985. robot Puma 560 upotrebljen je da postavi iglu za biopsiju mozga koristeći vođenje kompjuterskom tomografijom. Puma 200 je robot koji pomaže pri operaciji mozga, prvenstveno u otklanjanju tumora.

Sistem NeuroMate u neurohirurgiji se koristi kao asistent za biopsiju i otklanjanje tumora. Umesto predoperativnih slika, NeuroMate obezbeđuje real-time 3D slike koje hirurgu pokazuju preciznu lokaciju tumora.

Robodoc, predstavljen 1992. godine, pomaže u procedurama zamene kuka. Robodoc za ortopedske svrhe koristi predoperativne slike i softver da bi osmislio procedure. Hirurg može precizno da utvrdi šupljinu u kosti kuka, veličinu i poziciju za implantat pre same operacije. Sistem precizno utvrđuje oblik udubljenja i ukazuje na najbolje i najpreciznije ugrađivanje implantata.

Prvi robot u komercijalnoj upotrebi koji je 1994. godine asistirao hirurzima bio je Aesop. Bio im je kao treća ruka koja je držala endoskopsku kameru. Zatim su usledili roboti koji sami imaju dve, tri ili četiri ruke.

Godine 1998. izvedena je prva ugradnja bajpasa u kojoj su roboti aktivno pomagali hirurzima. Broj ugradnji bajpasa uz pomoć robota ubrzano raste, jednako kao i broj ostalih operacija srca sa minimalnom invazijom na telo pacijenta. Tokom ove operacije, pacijent se uobičajeno otvara na tri mesta veličine olovke. Kroz jedan otvor ubacuje se mala, napredna kamera – endoskop – kojom se upravlja glasom, a drži je robotska ruka. Druge dve robotske ruke koje kontrolišu hiruršku opremu ubacuju se kroz druge proreze. Hirurg upravlja kamerom i opremom preko džojstika.

Nove tehnologije donose i nove metode u otčepljenju arterija. Novom procedurom poznatom kao arterijsko stentovanje, doktori uvode kateter u preponsku arteriju pacijenta, vodeći ga do začepljene arterije. Kateter sadrži stent i zaštitni uređaj koji se koristi da bi uhvatio bilo koji delić naslaga koje bi mogao da se otkine tokom procedure. Institut za kardiovaskularne bolesti pri Kliničkom centru u Beogradu nedavno je održao radionice na kojima je predstavio nove metode postavljanja stentova u praktično otpisane krvne sudove sa potpunim začepljenjem, koje će se primenjivati u najnovijim salama za kateterizaciju.

Telehirurgija

Postupak kojim hirurg operiše na daljinu, koristeći high-tech opremu i predoperativne, kao i slike pacijenta za vreme operacije, naziva se telehirurgija. Uz određenu opremu i kontrolu robotskih sistema, hirurg može da radi sa bilo koje udaljenosti. Tako je 2001. izvršena prva prekookeanska telehirurška intervencija. Tim hirurga se nalazio u Njujorku, dok je pacijent bio u Strazburu u Francuskoj. Iako udaljen od pacijenta nekoliko hiljada kilometara, hirurg je mogao da vrši intervenciju precizno i pouzdano. Robotski sistem Zeus primao je komande od hirurškog tima i pretvarao ih u pokrete hirurških alata koji su radili na pacijentu. Slike pacijenta, dobijene pomoću digitalne kamere i endoskopa, slale su se medicinskom timu u Njujorku.

Zeus sa tri ruke je nastavak Aesopovih ruku koje su kontrolisale hirurške instrumente. Dodatkom mikrozgloba, Zeusu je omogućeno da drži 28 različitih hirurških instrumenata. Zeus sadrži robotske ruke koje oponašaju standardnu hiruršku opremu i monitor sa slikom operacionog polja. Robot omogućava hirurgu da operiše pacijenta koristeći nešto poput džojstika, što prevodi pokrete ruku hirurga u precizne mikropokrete unutar tela pacijenta. Na primer, pokret hirurga od 1 cm je 1 mm pokreta ruke robota. Zeus, takođe, umanjuje drhtanje ruke, kao i drugi roboti, i znatno uvećava okretnost ruku hirurga.

Najzastupljeniji robot u hirurgiji danas je sistem da Vinci (na velikoj slici). Četiri glavne komponente su: radna stanica hirurga, robot koji radi na telu pacijenta, vrhunski 3D sistem za prikaz slika i specijalni dodatak Endowrist. U sistemu da Vinci hirurg kontroliše robota rukama, a sistem za snimanje nogama.

Ruke robota su te koje direktno dodiruju pacijenta. Robot sadrži dve ili tri ruke za instrumente i jednu za endoskop. Godine 2003. dodata je i četvrta ruka koja obezbeđuje manipulisanje dodatnim instrumentima pri kompleksnim procedurama i otklanja potrebu za medicinskom sestrom.

Endoskopska ruka obezbeđuje unapređene 3D slike. Uvećane real time slike u visokoj rezoluciji, koje pokazuju unutrašnjost pacijenta, obezbeđuju veliku prednost nad klasičnom procedurom. Sistem prikazuje pozicije instrumenata u preko 1000 frejmova u sekundi i filtrira svaku sliku kroz video procesor koji eliminiše pozadinski šum. Endoskop je programiran da reguliše temperaturu tako da se automatski izbegava zamagljivanje tokom operacije. Takođe, omogućeno je brzo smenjivanje slika putem pedale.

Poseban deo, Endowrist, jeste dodatak sa instrumentima koji omogućava još bolje simuliranje ljudskih pokreta. Svaki instrument ima svoju funkciju, a prelaz sa jednog na drugi vrši se jednostavnim i brzim otpuštanjem ručke na svakoj od ruku robota. Uređaj memoriše poziciju ruke robota pre nego što je instrument zamenjen tako da druga, sa novim instrumentom, može da se podesi na tačno istu poziciju kao prva. Instrumenti u rukama robota mogu da rotiraju ceo krug, a hirurg može da kontroliše i snagu pokreta. Obično se ugljendioksid pumpa u telo kroz šupljinu, da bi se napravilo više mesta za pokretanje ruku robota.

High-tech prijatelj hirurga je i Hermes, robotski sistem koji služi za povezivanje svih inteligentnih uređaja u operacionoj sali. To je zapravo centralizovana mrežna platforma kreirana da kontroliše brojne uređaje, kojom upravljaju hirurzi glasom.

Hirurgija navođena slikom

Novi CT u Kliničkom centru Srbije U avgustovskom broju pisali smo o visokotehnološkim dijagnostičkim metodama u medicini. Ovom prilikom pohvalićemo se da se odskora u beogradskom Kliničkom centru nalazi jedan od najmodernijih kompjuterskih tomografa (CT). Kompjuterski tomograf („skener”) je uređaj kod kog se oko pacijenta okreću rendgenske cevi s jedne i digitalni senzori s druge strane i na osnovu dobijenih podataka kompjuter sastavlja slike preseka tela u željenoj ravni. Sa napretkom računara, vizuelizacija i naknadna obrada ovih podataka višestruko su napredovale. U Radnoj jedinici 64 MC CT dijagnostike Instituta za radiologiju nalazi se General Electricov Lightspeed 64 VCT, peti aparat ove vrste na celom kontinentu. Ovaj uređaj, sa 58.000 digitalnih rendgenskih detektora raspoređenih u 64 reda, spada u aktuelnu generaciju multislice tomografa koji sa svakim okretom snima 64 preseka i postiže rezoluciju od 0,625 mm. Kombinovano sa brzom rotacijom, ovo omogućuje izuzetno kratka vremena snimanja, tako detaljno snimanje srca traje 5, glave 6 sekundi, dok skeniranje kompletnog tela celog čoveka visokog dva metra traje manje od dvadeset sekundi. Na osnovu ovih podataka generiše se (zavisno od visine čoveka) do 9 GB sirovih podataka, koji se potom obrađuju na dve HP-ove radne stanice. Jedna od njih je i cluster radna stanica koja ne samo što obrađuje i skladišti sirove podatke, nego se koristi za dijagnostiku samog tomografa. Naime, ovaj uređaj je (kao i ostala četiri u Evropi) povezan sa centrom u Marseju, u Francuskoj, odakle se njegova ispravnost neprestano nadgleda, tako da svaki softverski problem može da se otkloni preko mreže. Potencijalni problemi su minimalni jer oba kompjutera rade pod Linuxom. Pored očiglednih prednosti nad starijim uređajima ove vrste, novi tomografi i sofver na računarima koji ih prate polako postaju vijabilna zamena za druge dijagnostičke metode koje su invazivnije i opasnije po pacijenta. Dragan KOSOVAC

Hirurgija navođena slikom predstavlja novi trend u hirurškim procedurama. Cilj je da se hirurzima pomogne prilikom izvođenja operacija pomoću različitih slika koje se snimaju pre i tokom same procedure. Glavna razlika između hirurgije navođene slikama i telehirurgije jeste što u sistemu telehirurgije lekar upravlja robotom koji vrši operaciju. Hirurg pri tom može biti u istoj prostoriji u kojoj se nalazi pacijent, ali i udaljen više hiljada kilometara.

Projekat NeuroArm, na kojem se radilo od 2001, dovršen je aprila ove godine. Robot koji se koristi u hirurgiji vođenoj slikama kompatibilan je sa slikama magnetne rezonance i koristi spravu za merenje pokreta, što hirurgu omogućava preciznost od 0,01 mm (2 mm je preciznost neurohirurga sa višegodišnjim iskustvom). NeuroArm može da izvede tehnički najizazovnije procedure pomoću dva manipulatora koja oponašaju ljudske ruke, a mogu biti zamenjena mikrohirurškom opremom.

Hirurg navodi robota koristeći kontrolere ruku pri radnoj stanici. Radna stanica simulira prizor, zvuk i senzacije pri zahvatu. Softver za simulaciju omogućuje hirurgu procenu najoptimalnijeg dela za prorez, plan putanje koji izbegava kritične tačke, a omogućava i probu kompleksne operacije.

Operacije pomoću kompjutera i robotske operacije su veoma slične u fazi pripreme. Hirurg može da simulira operaciju koju će robot izvršiti. Dok operacije koje vrši robot mogu da se oslanjaju na veći broj računarskih pomagala, procedure što se obavljaju pomoću kompjutera ne koriste robote. uz pomoć kompjutera, hirurgija navođena slikama, hirurška navigacija ili 3D operacija su procedure koje koriste visoku tehnologiju. Robotska hirurgija, međutim, uključuje robota koji može i ne mora da ima direktnu ulogu hirurga tokom procedure.

Pre same procedure, robotska operacija zahteva obezbeđivanje kompjuterizovanih slika (2D ili 3D preko kompjuterske tomografije ili slika uz pomoć magnetne rezonance) za dijagnozu i planiranje zahvata. Potrebno je izvršiti takozvano modeliranje pacijenta, što znači kreiranje celokupne slike pacijenta, ili barem dela koji je značajan za operaciju. Prvi korak je dobijanje svih neophodnih slika. Zatim se pomoću ovih 2D slika pravi 3D model određenog dela tela. Inteligentni sistemi za modelovanje pored slika daju i objašnjenja.

Planiranje procedure vrši se pažljivim posmatranjem slika, uz korišćenje modela dobijenog u prethodnoj fazi. Hirurg koristi informacije da bi utvrdio putanju operacije i metodologiju. Koristeći planiranje i slike, hirurzi ručno mogu da navode instrumente kroz pacijenta (uz pomoć računara) ili ruke robota izvode operaciju koristeći i podatke sa senzora. Odluka da li će se vršiti robotska ili ručna navigacija zavisi od cene, bezbednosti, teškoće izvođenja... Hirurg ima na raspolaganju simulatore koji oponašaju hirurške instrumente i njihovo delovanje na ljudske organe. Sistem je zadužen da pruži doživljaj što verniji realnoj situaciji.

Pošto se neki bitan detalj može promeniti tokom procedure, važno je modelirati i deo tela za vreme operacije. U nekim slučajevima, moguće je vršiti planiranje i u toku same operacije, u zavisnosti od njenog toka. Obično se za upravljanje koriste neke vrste džojstika za obe ruke. Pored toga, tu su i elektronske rukavice koje prenose pokret ruku u računarske signale.

Optičke kamere koje se najčešće koriste tokom operacije snimaju slike u realnom vremenu. Kamera prima signale sa hirurških instrumenata koji su opremljeni svetlosnim diodama (utvrđuje se njihova pozicija) i sa pacijenta i šalje ih računaru na dalju obradu. Pomoću informacija koje neprekidno pristižu, može se proceniti stanje pacijenta.

Zavisno od nivoa interakcije hirurga tokom procedure, postoje i potkategorije robotohirurgije. Ako robot sam izvršava operaciju na osnovu zadatog programa, onda je hirurg tu samo u ulozi supervizora. Prva procedura na srcu koju je robot izveo samostalno dogodila se prošle godine u Milanu. Doktor Karlo Papone je bio u Bostonu dok je njegov robotohirurg izvodio operaciju na 34-godišnjem Italijanu koji je bolovao od atrijalne fibrilacije (vrsta aritmije). Nakon 50 minuta, procedura je bila obavljena, a pacijent je bio dobro. Hirurg je i tu neophodan u fazi planiranja i praćenja operacije, ali ne učestvuje u njoj direktno. Robot se, naravno, programira za pojedinačnu proceduru, što proces čini veoma skupim zbog prethodnog prikupljanja aktuelnih slika pacijenta.

Hirurgijom na daljinu hirurg mora da upravlja rukama robota tokom same procedure. Koristeći podatke dobijene u realnom vremenu, u vidu slika, hirurg može da izvodi operaciju izdaleka, bilo da je u pitanju druga soba ili država, koristeći podatke senzora robota. Tehnički i dalje robot vrši proceduru, mada nikako samostalno. Ovog tipa je i da Vinci, najzastupljeniji robot u medicini.

Treća podgrupa je ona u kojoj je hirurg najzastupljeniji. Hirurg izvršava operaciju koristeći robota koji obezbeđuje manipulaciju instrumenatima bez mrdanja koje ljudska ruka načini. Tako robot i hirurg zajednički izvode proceduru.

Budućnost robo-medicine

Internacionalni tim naučnika razvija prvog mikrorobota za upotrebu u medicini, koji će biti širok koliko dve ljudske dlake i moći će da pliva kroz arterije. Veliki izazov nauke je stvaranje mikrorobota koji može da putuje kroz kičmeni kanal. Radi se na uređaju od 250 mikrometara koji treba da prenese slike i isporuči mikroskopske supstance u delove tela koji su van domašaja sadašnje tehnologije. Maleni robot će biti ubačen u telo pomoću šprica i, vođen daljinskim upravljačem, plivaće do dela tela gde je potrebno da izvrši zahvat. Zatim se vraća do ulaza, gde se izvlači iz tela takođe špricem.

Dizajn mikrorobota zasnovan je građi bakterije ešerihija koli, tj. flagelumu („biču”, organu za kretanje) koju je pokreće. Maleni pokretni sistem imitira bakterijski flagelum i stvara dovoljno snage da nosi uređaj kroz fluidno okruženje ljudskog organizma. Flagelum će biti napravljen od ljudske dlake u preliminarnim fazama istraživanja, a kasnije bi naučnici pokušali da koriste vlakno od kevlara. Radi se i na eksploatisanju piezoelektričnih materijala (kristali koji stvaraju električni napon kad se mehanički napregnu), a očekuje se da radni prototip bude gotov 2009. godine.

• • •

Roboti budućnosti postaju sve manji (ne mogu se videti okom) i tako ulaze u krvotok i bore se sa, na primer, ćelijama raka. Operacije se prebacuju sa organa na nivo ćelije. Nanoroboti, kada budu napravljeni, izvršiće potpunu revoluciju u medicini. Nanoroboti će biti ubacivani u telo da ispitaju i otklone infekcije i ćelijske promene. Pomoću molekularnih markera tražiće obolele ćelije da bih uništili. Dok dosadašnji metodi lečenja raka, kao što je hemoterapija, ubijaju i zdrave ćelije, čime potpuno slabe organizam, nanoroboti će otklanjati samo zloćudne ćelije. Razvoj tehnomedicine kreće se u pravcu koji će omogućiti da pacijent popije pilulu punu senzora od kojih je svaki programiran da traži i ubija kancerogene ćelije u organizmu. Tako bi izlečenje došlo uz proceduru koju pacijent gotovo da ne bi ni osetio, samo bi ubrzo potpuno – ozdravio.

Sanja STOJANOVIĆ