Teleoperierte humanoide Roboter führten während der präklinischen Studie zwei Operationen durch

Zum ersten Mal wurden zwei teleoperierte humanoide Roboter verwendet, um zwei Operationen während eines präklinischen Versuchs durchzuführen, berichten Forscher in der Ausgabe der Zeitschrift vom 8. Juli Natur. Die Arbeit ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen einem Team von Ingenieuren und einem Team von Chirurgen an der University of California in San Diego.

Bei einer Operation führte ein Mensch-Roboter-Team, bestehend aus einem humanoiden Roboter und einem menschlichen Chirurgen als Assistent, erfolgreich eine Gallenblasenentfernung durch. Eine zweite erfolgreiche Operation wurde von zwei humanoiden Robotern durchgeführt, die Seite an Seite in einem Roboter-Roboter-Team arbeiteten. Beide Verfahren wurden an großen Säugetieren durchgeführt, die keine Primaten sind.

Das Proof-of-Concept-Experiment sei ein erster Schritt zur Einführung humanoider Roboter im Operationssaal, sagten Forscher. Diese Roboter könnten zunächst bei Eingriffen assistieren und später Operationen durchführen, während sie von Chirurgen teleoperiert werden.

Parallel zu den wachsenden Patientenbedürfnissen bestehe ein Mangel an Chirurgen, was zu längeren Wartezeiten, eingeschränktem Zugang und größeren Ungleichheiten in der Gesundheitsversorgung führe, sagte Michael Yip, Fakultätsmitglied am Department of Electrical and Computer Engineering der UC San Diego und einer der leitenden Autoren der Studie. „Ferngesteuerte und autonome humanoide Roboter haben ein echtes Potenzial, den Zugang zu kritischen Operationen zu verbessern, zu denen Patienten sonst keinen Zugang hätten. Dies kann dazu beitragen, die Gesundheitskrise nicht nur in den Vereinigten Staaten, sondern weltweit zu bewältigen.“

Im Gegensatz zu spezialisierten Roboter-Chirurgiesystemen, die nur eine Funktion ausführen können, seien humanoide Roboter vielseitig und könnten zur Durchführung einer Vielzahl von Eingriffen und allgemeinen Aufgaben eingesetzt werden, so die Forscher. Diese Roboter lassen sich auch leichter in abgelegenen Gebieten und anderen anspruchsvollen Umgebungen einsetzen, in denen Vielseitigkeit wichtig ist.

„Diese Studie zeigt, dass humanoide Roboter eine zukunftsfähige Zukunft im Bereich der Chirurgie haben. Sie können sich vorstellen, dass diese Roboter in abgelegenen Gemeinden eingesetzt werden, in denen die Personalbeschaffung schwierig ist, oder in rauen Umgebungen wie Such- und Rettungsszenarien, in denen in kurzer Zeit ein massiver Einsatz von Feldmedizin erforderlich ist“, sagte Yip, Fakultätsmitglied an der UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Welche Vorteile bietet ein humanoider Roboter im Operationssaal?

Tatsächlich könnten humanoide Roboter ein großes Problem im Gesundheitswesen lösen: den Zugang.

Spezialisierte Chirurgiesysteme sind typischerweise mit drei oder vier Roboterarmen, Spezialwerkzeugen und proprietärer Software ausgestattet. Diese Systeme wiegen etwa 1.800 Pfund, erfordern für den Aufbau ein großes Team und nehmen einen erheblichen Platzbedarf in Operationssälen ein, die in der Regel nachgerüstet werden müssen, um sie unterzubringen. Im Gegensatz dazu sind humanoide Roboter mobil und kompakter. Die in dieser Studie verwendeten Roboter mit dem Spitznamen Surgie sind 5 Fuß groß und wiegen 60 Pfund. Diese relativ leichten, kompakten Roboter sind besonders in abgelegenen Gebieten mit geringen Ressourcen nützlich. Der Bau spezieller Operationssäle für robotergestützte chirurgische Systeme oder die Suche nach großen Teams für die Bedienung eines speziellen Geräts wäre in diesen Situationen unerschwinglich teuer, sagte Yip.

Im Gegensatz zu einem typischen chirurgischen Betriebssystem fügen sich humanoide Roboter nahtlos in den Operationssaal ein. Obwohl die Forscher Adapter bauen mussten, damit Surgie herkömmliche chirurgische Instrumente halten kann, fühlt sich die Steuerung humanoider Roboter auch natürlicher an, insbesondere für diejenigen, die nicht mit speziellen Systemen vertraut sind, sagten die Forscher. „Wir waren überrascht, wie gut sich Surgie in unseren Arbeitsbereich und Arbeitsablauf einfügte“, sagte Studienmitautor Nikita Thareja, MD, Assistenzarzt für Allgemeinchirurgie an der UC San Diego School of Medicine.

„Ein von einem teleoperierten humanoiden Roboter durchgeführter Eingriff ist genauso präzise wie einer, der mit einem teleoperierten chirurgischen Robotersystem durchgeführt wird“, sagte Dr. Shanglei Liu, Assistenzprofessor für Chirurgie an der UC San Diego School of Medicine und einer der leitenden Autoren der Studie, der den Roboter während der Studie teleoperierte.

„Es kostet nur einen Bruchteil der Kosten und nimmt nur einen Bruchteil des Platzes in einem Operationssaal ein. Daher ist es einfach überall einzusetzen, von ländlichen Gebieten über das Schlachtfeld bis hin zum Weltraum“, sagte Liu, der auch der Shu Chien-Gene Lay-Abteilung für Bioingenieurwesen angehört.

Was kommt als nächstes?

Mehrere Probleme bei der Teleoperation müssen noch gelöst werden. Die Roboter mussten während der Operation mehrmals neu kalibriert werden. Infolgedessen dauerten die Eingriffe viel länger als bei der Durchführung mit bestehenden spezialisierten chirurgischen Systemen. Dies sei aber auch bei spezialisierten Robotersystemen im Anfangsstadium üblich und werde mit der Zeit wahrscheinlich besser werden, sagte Liu. Die erste laparoskopische Roboteroperation dauerte sechs Stunden; es dauert jetzt 30 Minuten.

Die Latenz – eine Verzögerung zwischen der Bewegung des Controllers durch den Chirurgen und der Bewegung des Roboters – wird verbessert, während das Team Operationen über größere Entfernungen in abgelegene Gemeinden untersucht.

Forscher sehen auch eine andere Rolle für Surgie. Da es gehen und die meisten körperlichen Aufgaben ausführen kann, die ein Mensch ausführen kann, könnte es Werkzeuge für die Chirurgen holen und einen Operationssaal nach einem Eingriff aufräumen.

Eines unserer Ziele ist die Entwicklung des autonomen chirurgischen Assistenten. Viele Gemeinden haben Probleme mit der ausreichenden Personalausstattung des Operationsteams, was dazu führt, dass Patienten nicht behandelt werden. Unser Ziel ist ein Operationssaal der Zukunft, in dem humanoide Roboter und Menschen als integriertes Team Seite an Seite zusammenarbeiten, um Eingriffe an Bedürftige durchzuführen, sowohl in traditionellen Krankenhausumgebungen als auch in nicht-traditionellen Szenarien der Feldmedizin.“

Michael Yip, Fakultätsmitglied, UC San Diego Department of Electrical and Computer Engineering

Die Forscher betonten, dass die Arbeit ohne eine enge Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren und Chirurgen und die Rolle des UC San Diego Center for the Future of Surgery nicht möglich gewesen wäre.

„Dieser Erfolg spiegelt die Kraft wider, Ingenieure und innovative Chirurgen zusammenzubringen, um bedeutsame klinische Probleme in unserem erstklassigen Trainings- und Forschungslabor zu lösen“, sagte Ryan Broderick, MD, Interimsdirektor des Center for the Future of Surgery und außerordentlicher Professor für Chirurgie an der UC San Diego School of Medicine. „Unser Zentrum bietet einen Rahmen, um technische Innovation und klinisches Fachwissen zu verbinden und so die konsequente Entwicklung, Erprobung und Verfeinerung transformativer Ideen zu ermöglichen.“

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