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Università degli Studi di RomaUniversità degli Studi di Roma““Tor Vergata”Tor Vergata”
Tecnologie Chirurgiche InnovativeTecnologie Chirurgiche Innovative
(Prof. Francesco Rulli, Dipartimento di (Prof. Francesco Rulli, Dipartimento di Chirurgia)Chirurgia)
Robotica in Chirurgia Robotica in Chirurgia stato dell’arte e nuove tecnologiestato dell’arte e nuove tecnologie
Francesco Rulli
Storia della robotica in Storia della robotica in chirurgiachirurgia 1985: Kwoh, Young et al.
primo robot utilizzato su un paziente per neurochirurgiaPUMA 260 – 22 pazienti
1989: Lavallée, Benabid et al. primo paziente in neurochirurgiarobot industriale modificato ancora in uso (Neuromate)
1991: Davies et al.primo paziente per TURPPUMA 560
1992: primo paziente in chirurgia dell’ancaROBODOC (ISS Inc.) ancora in uso
1994: AESOP – Endoscope holder for laparoscopic procedures prima concessione FDA (Computer Motion Inc.)
1998: primo CABG con DaVinci (Intuitive Surgical, Inc.) 2001: Operazione Lindbergh
teleoperazione New York / Strasburgo con sistema ZEUS (CMI)
Sistemi di posizionamento e
estrazione utilizzati per aiutare il chirurgo
durante l’operazione
Bracci di supporto per la laparoscopia capaci di
cambiare la loro posizione in accordo con le necessità del chirurgo
Esempio:
AESOP®
Automated Endoscopic System for Optimal Positioning
Sistemi Sistemi semplicisemplici
Sistemi Sistemi complessicomplessi
ManipolatoriManipolatori End-effectorsEnd-effectors Endosensori (di forza, Endosensori (di forza,
pressione, campo pressione, campo elettrico, radioattività…)elettrico, radioattività…)
Sistemi di visione 3-DSistemi di visione 3-D Interfaccia uomo-Interfaccia uomo-
macchinamacchina
Sistemi master-slavecomposti da:
Esempi:
ZEUSda Vinci™
da Vinci™
ZEUSZEUS
Vantaggi derivanti Vantaggi derivanti dall’utilizzo di sistemi roboticidall’utilizzo di sistemi robotici Soluzione alle limitazioni ergonomiche e visive Soluzione alle limitazioni ergonomiche e visive
dei sistemi di laparoscopia (più gradi di libertà, dei sistemi di laparoscopia (più gradi di libertà, visione 3D)visione 3D)
Elevata precisione (filtraggio del tremore, Elevata precisione (filtraggio del tremore, motion scaling)motion scaling)
Ideali per compiti ripetitivi (suture)Ideali per compiti ripetitivi (suture) TelechirurgiaTelechirurgia Riduzione della perdita di sangue e del doloreRiduzione della perdita di sangue e del dolore Ridotta invasività (incisioni da 7 a 12 mm per Ridotta invasività (incisioni da 7 a 12 mm per
trocar)trocar) Riduzione dei tempi post-operatoriRiduzione dei tempi post-operatori Minor impiego di personale in sala operatoriaMinor impiego di personale in sala operatoria TrainingTraining
SvantaggiSvantaggi CostoCosto
(ZEUS: $975,000; daVinci: $ 1,000,000)(ZEUS: $975,000; daVinci: $ 1,000,000)(strumentazione daVinci: $1,400-2,500, limitata a dieci (strumentazione daVinci: $1,400-2,500, limitata a dieci sessioni)sessioni)
Curva di apprendimentoCurva di apprendimento(12-18 pazienti, circa 40 ore)(12-18 pazienti, circa 40 ore)
Tempi operatori prolungati per il personale non Tempi operatori prolungati per il personale non specializzato (paziente più a lungo sottoposto ad specializzato (paziente più a lungo sottoposto ad anestesia e alla macchina cuore-polmoni)anestesia e alla macchina cuore-polmoni)
Diffidenza del paziente e/o del chirurgoDiffidenza del paziente e/o del chirurgo
Non ci sono evidenze di problemi relativi a guasti o Non ci sono evidenze di problemi relativi a guasti o procedure scorrette (buone misure di sicurezza)procedure scorrette (buone misure di sicurezza)
Imaging 3D e Imaging 3D e visualizzazionevisualizzazione
False 3-D imagingFalse 3-D imagingDue immagini create, una Due immagini create, una sfasata o ritardata rispetto sfasata o ritardata rispetto all’altraall’altra
Interlacciate a 120 Hz su singolo Interlacciate a 120 Hz su singolo schermoschermo
Mancanza di percezione di Mancanza di percezione di profonditàprofondità
Utilizzo di shutter glasses Utilizzo di shutter glasses sincronizzatisincronizzati
True 3-D imagingTrue 3-D imagingDue immagini create da due Due immagini create da due diverse camerediverse camere
Percezione di profondità dovuta Percezione di profondità dovuta alla visione binocularealla visione binoculare
Utilizzo di caschetto provvisto di Utilizzo di caschetto provvisto di due display oppure di visione due display oppure di visione immersivaimmersiva
Imaging 3-D: Virtual Retinal Imaging 3-D: Virtual Retinal DisplayDisplay
Vantaggi dell’utilizzo:
•Risoluzione
•Colori
•Ergonomicità
•Alimentazione
•Scalabilità
•Costo
Manipolatori e end-Manipolatori e end-effectorseffectors
Miglioramento dei precedenti Miglioramento dei precedenti sistemi laparoscopici in sistemi laparoscopici in termini di ergonomicità e termini di ergonomicità e gradi di libertàgradi di libertà
Utilizzo del principio degli elementi di Müglitz per l’orientazione di strumenti di chirurgia laparoscopica
Sistema endowristTM
Esempio di sutura
Interfaccia uomo-macchina:Interfaccia uomo-macchina:force-feedback e interfacce force-feedback e interfacce
apticheaptiche
Dispositivi in grado di trasmettere sensazioni di forza e tattili
all’utente, responsabili della scalabilità del movimento e del filtraggio del tremore fisiologico
del chirurgo
Sensori sul sistema slave attivo
Sensazioni sul sistema master passivo
Diversi sistemi possono essere implementati per migliorare le capacità umane e rendere virtualmente azzerata la distanza tra le mani del chirurgo e gli end-
effectors nel corpo del paziente
Interfacce aptiche: trainingInterfacce aptiche: trainingQueste interfacce sono Queste interfacce sono largamente utilizzate a scopo di largamente utilizzate a scopo di simulazione e didattica simulazione e didattica nell’ambito della chirurgia nell’ambito della chirurgia roboticarobotica
Sistema Kismet
TelechirurgiaTelechirurgia
7/09/2001: Operazione Lindbergh
Colecistectomia su una donna 68ennecon sistema ZEUS
Distanza: oltre 6200 km (New York – Strasburgo)
Ritardo medio: 155 ms (300 ms soglia limite di sicurezza) con sistema di fibre ottiche ATM
Ritardo limite di un segnale affinché non venga percepito dal chirurgo: 6 ms
Necessità di semiautonomia per operare in telechirurgia a grande distanza (più di 10 mila km)
Chirurgia tradizionale e Chirurgia tradizionale e robotica robotica
a confrontoa confrontoChirurgiaTradizionale
Laparoscopia Chirurgia Robotica
Tempo operazione 3,5 ore 4-5 ore 3,5 ore
Degenza Due giorni Un giorno Un giorno
Lunghezza totaledell’incisione
5 pollici 2 pollici 2 pollici
Perdita di sangueStimata
375 cc 400 cc 116 cc
Visualizzazione 3-D 2-D 3-D
IngrandimentoFino a 3X con Occhiali
Fino a 6X consingola camera
Fino a 10-12 X con due cameread alta risoluzione
Manipolazione deglistrumenti
Normale Contro-intuitiva Normale (Micro-precision)
Esempio riferito a prostatectomia effettuata con sistema da VinciTM
UC Irvine Medical Center, Irvine, CA
Esempi di chirurgia Esempi di chirurgia roboticarobotica
Prostatectomia effettuata con sistema da VinciTM
Esempi di chirurgia Esempi di chirurgia roboticarobotica
Nefrectomia totaleBypass coronarico
Esempi di chirurgia Esempi di chirurgia roboticarobotica
Neurochirurgia con sistema Neuromate
Colecistectomia
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