Wissenschaftler der EPFL haben das erste System entwickelt, das laparoskopische Operationen vierhändig durchführen kann, indem sie zwei zusätzliche Roboterarme mit Pedalen der haptischen Schnittstelle steuern.
Robotiker und Robotikerinnen der EPFL haben die Manipulation mehrerer Gliedmaßen mit einer Steigerung der gemeinsamen Kontrolle kombiniert und damit einen beispiellosen Fortschritt in der laparoskopischen Chirurgie ermöglicht. Die im The International Journal of Robotics Research veröffentlichten Ergebnisse bestätigen die Machbarkeit dieser Einrichtung zur Verringerung der Arbeitsbelastung des Chirurgen oder der Chirurgin sowie zur Verbesserung der Genauigkeit und Sicherheit. Spezialisten wurden bereits erfolgreich in diesem System geschult, und in Genf werden derzeit klinische Versuche durchgeführt.
Dank der engen Zusammenarbeit zwischen der REHAssist-Forschungsgruppe und dem Labor für Algorithmen und Lernsysteme ( LASA ) konnten die Doktoranden Jacob Hernandez und Walid Amanhoud sowie das gesamte Forschungsteam ein System entwickeln, mit dem Chirurgen zwei Roboterarme mithilfe von haptischen Schnittstellenpedalen mit fünf Freiheitsgraden steuern können. Jede Hand steuert ein Manipulationswerkzeug, während ein Fuß die Kamera oder das Endoskop und der andere eine motorisierte Zange steuert. Eine der wichtigsten Innovationen dieses Systems ist die gemeinsame Kontrolle zwischen dem Chirurgen und den robotischen Assistenten. Dank der Kontrollstruktur arbeiten Chirurg und Roboter in einem Raum zusammen und gewährleisten dabei die Präzision und Sicherheit, die bei der laparoskopischen Chirurgie absolut notwendig sind.
Mohammed Bouri, Leiter der REHAssist-Gruppe, sagte: "Die Aktuatoren der Pedale geben dem Benutzer oder der Benutzerin haptische Informationen, die den Fuß zum Ziel führen, als ob er einem unsichtbaren Kraftfeld folgen würde, wobei sichergestellt wird, dass falsche Bewegungen den Patienten nicht gefährden." Mohamed Bouri meint: "Unser System eröffnet Chirurgen neue Möglichkeiten, laparoskopische Eingriffe vierhändig durchzuführen, so dass eine Person eine Aufgabe übernehmen kann, die normalerweise von zwei, manchmal sogar drei Personen ausgeführt wird."
Minimierung der Müdigkeit
Das Robotersystem steuert im Rahmen einer gemeinsamen Kontrolle manchmal das Instrument des Chirurgen, da es dessen Bewegungen vorhersagt. Wenn Sie z. B. einen Knoten machen, stellt sich das Endoskop in die richtige Position und die Zange kann sich spreizen.
"Vier Arme gleichzeitig zu kontrollieren, noch dazu mit den Füßen, ist alles andere als Routine und kann ermüdend sein. Um die Kontrolle noch weiter zu verbessern, beinhaltet das System eine adaptive visuelle Verfolgung der Laparoskopie-Instrumente mit der Kamera und der Greifhilfe für die Zange. Darüber hinaus wird eine Unterstützung für ein präziseres Greifen von Gewebe angeboten", erklärt Prof. Aude Billard, Leiterin des LASA. Mohamed Bouri fügt hinzu: "Durch den Einbau von fußgesteuerten Roboterassistenten und gemeinsamen Kontrollstrategien reduzieren wir die mentale und physische Belastung der Chirurgen und stellen die Hypothese auf, dass sich die chirurgischen Ergebnisse verbessern werden".
Zusammenarbeit mit Chirurgen
Eine ausführliche Studie mit praktizierenden Chirurgen und Chirurginnen wurde durchgeführt, um die Benutzerfreundlichkeit und Wirksamkeit des Systems zu bewerten. Laut Dr. Enrico Bronnimann, der in Zusammenarbeit mit der Schweizerischen Stiftung für Innovation und Ausbildung in der Chirurgie ( SFITS ) an den laufenden klinischen Studien teilgenommen hat, "ist die Idee, seine Füße aktiv zu benutzen, um eine robotergestützte Operation durchzuführen, eine gute Idee und sicherlich eine Fähigkeit, die man erlernen kann. Ich würde sie gerne im Operationssaal umgesetzt sehen, vielleicht in Form eines Cockpits, das vom Patienten entfernt ist, um die Ergonomie zu verbessern".
Wenn das System weiterhin getestet und verbessert wird, bestätigen die in dieser Studie veröffentlichten Ergebnisse die Machbarkeit von vierhändigen, chirurgisch-ähnlichen Aufgaben ohne umfassende Schulung. Die im System implementierten Strategien der gemeinsamen Kontrolle haben bewiesen, dass sie die Belastung reduzieren, die Leistung verbessern, den Fluss erhöhen und die Koordination während laparoskopischer Aufgaben fördern können.
Referenzen
Hernandez Sanchez J, Amanhoud W, Billard A, Bouri M. "Enabling four-arm laparoscopic surgery by controlling two robotic assistants via haptic foot interfaces." The International Journal of Robotics Research. 2023;0(0). doi: 10.1177/02783649231180366.
