Robotica in Neurochirurgie

Odată cu avansarea laparoscopiei şi a tehnologiei computerizate, chirurgia a pasit într-o nouă

eră. Chirurgia robotică a aparut ca o consecinţă logică, la sfârşitul anilor 80. Sistemele robotice

chirurgicale sunt folosite în ziua de astăzi cu scopul de a aplica intervenţii minime invasive, în

tratamentul chirurgical a afecţiunilor cu arii mari: în neurochirurgie, în intervenţiile cardiovasculare,

în operaţiile de ortopedie, urologie, ginecologie, şi în chirurgia generală. Numai în câteva intervenţii

din chirurgia generală, roboţii mai sunt folosiţi astăzi. Sistemul chirurgical DaVinci, reprezintă astăzi

unul dintre cele mai avansate sisteme robotice, în practica clinică. Chirurgia robotică demonstrează a

fi o metodă sigură si fezabilă, oferă o vizualizare mai bună, creşte nivelul de precizie şi dexteritate.

Mai mult decât atât, sistemele robotizate promit mari avantaje, asupra laparoscopiei, şi a chirurgiei

“deschise”.

SISTEME ROBOTICE

TIPURI DE ROBOŢI FOLOSIŢI ÎN NEUROCHIRURGIE

Chirurgia a profitat relativ târziu de avantajele acestei tehnologii. Utilizarea iniţială a roboţilor în

chirurgia a început la sfârşitul anilor ’80 când un robot industrial a fost utilizat pentru a susţine

instrumentele pentru biopsie stereotactică în neurochirurgie. Tot la sfârşitul anilor ’80 IBM a

construit primul robot utilizat în practica clinică, numit „Robo-doc”. Prima utilizare a unui robot în

chirurgia umană a fost pentru o rezecţie transuretrală a prostatei.

În 1993 Computer Motion, Inc., a introdus un braţ controlat prin voce, AESOP (Automated

Endoscopic System for Optimal Positioning), utilizat pentru susţinerea instrumentelor, a opticului în

chirurgia laparoscopică. Varianta sa, AESOP 2000 este primul robot controlat prin voce umană

aprobat de Food and Drug Administration din Statele Unite. În 1998 Reichenspurner şi colab. au

introdus în practică, în Germania, Sistemul Robotic Microchirurgical ZEUS.

Astăzi, cel mai complex şi mai eficient robot aflat în uz este sistemul daVinci dezvoltat de

Intuitive Surgical Inc. (Sunnyvale, CA, USA) în 1995. Cu sistemul DaVinci, în 1998, Carpentier a

realizat la Paris prima intervenţie cardiacă asistată de robot, o înlocuire de valvă mitrală .

Robotul DaVinci posedă trei braţe (Fig.1). Unul este capabil să manipuleze opticul, care

furnizează o imagine tridimensională cu magnificare ajustabilă şi care este controlată de chirurg.

Fig. 1: Robot DaVinci cu trei braţe

Alte două braţe, utilizând instrumente DaVinci specifice, sunt capabile de a se mişca cu 7

grade de libertate, simulând mişcările braţului, umărului şi pumnului (Fig.2).

Fig. 2: Endowrist-instrument specific daVinci cu 7 grade de libertate

Interfaţa computerizată este cea care semnează diferenţa majoră dintre chirurgia robotică şi

cea tradiţională. Mişcările chirurgului sunt digitalizate, această informaţie digitalizată este apoi

manipulată de computer pentru a controla într-un mod cât mai perfect mişcările chirurgicale.

Digitalizarea mişcărilor mâinilor permite eliminarea tremorului şi produce o mărire a exactităţii de

până la cinci ori, crescând astfel precizia operatorie. Îmbunătăţirea ergonomiei reprezintă un alt

avantaj al sistemului DaVinci. Chirurgul stă aşezat la consola sistemului, plonjat în câmpul

chirurgical, este mai puţin distras, cu un confort operator crescut, toate acestea considerându-se că

ajută ca performanţele chirurgului să rămână optime o perioadă mai lungă de timp

Fig. 3: Consola sistemului chirurgical DaVinci

Din datele care există la această oră în literatură se poate spune că sistemul robotic daVinci

oferă o mai bună vizualizare, o dexteritate îmbunătăţită, reducerea oboselii, un nivel crescut al

preciziei gesturilor, dar costurile sunt încă mari.

TRATAMENTUL IN NEUROCHIRURGIE

CHIRURGIA BAZEI CRANIULUI

Leziunile bazei craniului constituie un grup de leziuni tumorale şi vasculare care sunt localizate la

baza creierului într-o regiune delicată şi complexă. Tratamentul acestor leziuni pune serioase dificultaţi

doctorilor, întrucat acestia trebuie să ajute în problemele asociate tumorii concomitent cu păstrarea şi

protejarea funcţiei şi anatomiei normale. Aşadar pentru acest domeniu se cer îndemanare, competenţă şi

tehnologie de vârf.

Tratament neurochirurgical non-invaziv- Folosind Radiochirurgia CYBERKNIFE

Radiochirurgia CyberKnife este un tratament radioterapeutic noninvaziv, ce foloseste energie de

mare intensitate, care trimite din diverse unghiuri fascicule foarte precise de radiaţie. CyberKnife este atât

de precis, încît fasciculul de radiaţie poate fi aplicat şi in cazul unor tumori cu forma neregulată, chiar şi

al celor care se află în apropierea organelor vitale.

Această caracteristică permite, ca Cyberknife sa poată fi aplicat în multe cazuri, inclusiv, în cazuri

considerate inoperabile sau netratabile prin metoda chirurgicală sau alte metode de tratament – oferind

multor pacienţi o nouă speranţă de viaţă.

CARE SUNT CAZURILE CE POT FI TRATATE CU CYBERKNIFE?

CyberKnife este recomandat de FDA pentru tratarea tumorilor sau leziunilor aflate în orice parte

a corpului pentru care este indicată radioterapia.

Pacienţii trebuie sa consulte medicul pentru a  determina, dacă CyberKnife este cel mai potrivit  mod de

tratament pentru ei. Cazurile ce pot fi tratate cu CyberKnife sunt:

Tumori primare sau metastaze cerebrale

Tumori ale coloanei vertebrale

Tumori ale maduvei spinării

Tumori ale organelor  cu ţesuturi moi (Plămâni, Rinichi, Ficat, Pancreas)

Neurinoame acustice

Meningioame /tumori craniene 

Tumori ale glandei pituitare

Reziduuri  sau recidive tumorale

Malformaţii arteriovenoase 

Tulburări funcţionale, ca nevralgia trigeminală

 

CARE SUNT AVANTAJELE  TRATAMENTULUI CU  CYBERKNIFE ? 

Tratament fără durere 

Nu sunt dureri asociate radioterapiei  prin intermediul sistemului de radiochirurgie CyberKnife.

Tratament care nu necesită utilizarea unui cadru 

 Proprietatea Cyberknife de a corecta mişcarea pacientului elimină durerea şi dezavantajele asociate

folosirii unui cadru metalic utilizat în alte technici stereotaxice .

Tratament utilizabil în orice parte a corpului 

Unicitatea concepţiei Cyberknife face posibil tratamentul leziunilor sau tumorilor din orice parte a

corpului, ceea ce reprezintă o abordare cu totul noua în radiochirurgie. Radioterapia poate fi administrată

atât creierului şi coloanei vertebrale cât şi organelor cu  ţesuturi moi cum sunt plămânii, ficatul, rinichii.

Tratament ambulatoriu      

Tratamentul cu Cyberknife reduce în mod substanţial riscul complicaţiilor şi perioada de refacere

necesară după intervenţiile chirurgicale. Cu CyberKnife este posibilă o radiochirurgie treptată. Doza

totală de radiaţie poate fi împărţită în două până la cinci doze mai mici care pot fi administrate în cîteva

zile consecutive. Această proprietate  protejeaza mai bine ţesuturile înconjurătoare tumorii, fiind benefică

pentru tratarea tumorilor mai mari sau a celor aflate in apropierea unor zone sensibile. După tratament cei

mai multi pacienti se pot întoarce acasă şi îşi pot relua activitatea normală.

Cum funcţionează CyberKnife ? 

CyberKnife este un sistem de emisie de  radiaţii, montat pe braţul flexibil al unui robot care asigură

accesul la tumori situate oriunde în organism.

CyberKnife integrează două tehnologii de înalt nivel:

Un sistem imagistic care verifică localizarea tumorii şi care este  capabil să compenseze automat

mişcările pacientului în timpul emiterii radiaţiei. Acest sistem imagistic elimină necesitatea

montării unui cadru pentru cap (metoda invaziva).

O sursă de energie montată pe braţul unui robot, cu multiple articulaţii  şi cu şase grade de

libertate în mişcare, ceea ce îi permite o exceptională manevrabilitate în focalizarea pe tumori. O

puternica sursa de raze X montată pe bratul robotului, localizeaza cu precizie tumoarea din corp si

trimite radiaţii punctual, cu precizie micrometrică din mai mult de 1200 de unghiuri .

Precizia sistemului CyberKnife reprezintă  un progres  major în radiochirurgie.

Sistemul de imagistică radiologică digitală a câmpurilor anatomice şi markerii  implantaţi se utilizeaza

pentru orientarea precisa a radiaţiei. Fasciculele de radiaţii  sunt focalizate convergent pe tumoare pentru

a maximiza cantitatea de radiaţie care ajunge în  tumoare şi a minimiza expunerea la iradiere a ţesuturilor

sănătoase din jurul tumorii.

Cum se desfăşoară  tratamentul?      Procedura de tratament cu CiberKnife constă în şase etape: 

Consultarea pacientului: Eligibilitatea pacientului pentu tratamentul CyberKnife este evaluată de

către medicul său şi echipa de tratament CyberKnife. După ce se decide că pacientul este potrivit

pentru tratamentul CyberKnife, urmează stabilirea schemei de  tratament. 

Stabilirea schemei de tratament: Depinde de protocolul tratamentului. Pentru  tratamentul

intracranian  se folosesc măşti faciale care ajută la  imobilizarea pacientului şi urmarirea leziunii;

pentru tratamentul extracranian se folosesc markeri mici de metal sau  aur, sau pacientul poate fi

echipat cu o vestă de urmărire  “Synchrony”. Montarea măştii faciale este noninvazivă şi

nedureroasa,  spre deosebire de  cadrul pentru cap folosit în procedeele de radioterapie anterioare . În

cazul când  sunt necesari markeri, aceştia sunt mici (trei pana la patru milimetri lungime) iar

montarea lor  cauzează  un minim disconfort pacientului. Vesta de urmarire “Synchrony”  este

folosită pentru urmărirea markerilor dinamici  care  se mişcă odată cu respiraţia . 

Vizualizare CyberKnife: cand pacientul a fost imobilizat în poziţia  necesară şi i 

s-au montat elementele de urmărire, sunt luate imagini de localizare ale leziunii. Imaginile CT sunt

necesare, dar în acelaşi timp se pot combina foarte rapid cu şi  imagini de RMN, PET sau angiografie

3-D.

Planificarea tratamentului: După vizualizare pacientul poate pleca şi urmează stabilirea schemei de

tratament. Medicii şi fizicienii pot dezvolta rapid schema de tratament graţie vitezei de calcul a

sistemului de planificare al CyberKnife.

Administrarea tratamentului: După planificarea tratamentului pacientul revine pentru

administrare. Pacientul este pozitionat în mască sau in vesta de urmarire “Synchrony”. In timp ce

pacientul este  întins pe masa de tratament, braţul robotului se mişcă încet în jurul pacientului şi

localizează cu precizie poziţia leziunii-ţintă şi emite în timp real, din cele mai potrivite unghiuri,

radiaţia. Nu este nevoie de anestezie. Procedura întreagă durează numai 30-60 de minute după care

pacientul este liber să se întoarcă la activitatea normală.

Urmarirea pacientului: La fel ca după orice tratament de  radioterapie sau  radiochirurgie,  este

necesară urmarirea radiologică şi clinică a bolnavului pentru a monitoriza evoluţia. 

Caracteristici technice ale CyberKnife:

Robot cu şase articulatii cu manevrabilitate excepţională

Accelerator linear 40 kg ce generează  raze X de 6 MV

12 colimatoare de diverse diametre între 5 şi 60 mm

Colimator IRIS ce poate fi reglat la diametrul tuturor celorlalte colimatoare

Schimbator automat de colimator

Greutatea sistemului CyberKnife (robotul şi LINAC)1586 kg

Masa de tratament care se poate mişca în 6 planuri

Greutatea mesei de tratament 453 kg

Sensibilitatea clinică totală sub 1mm

Posibilitatea  de a iradia din 1200 de unghiuri diferite

Posibilitatea medicilor şi fizicienilor  de a planifica tratamentul la spital sau de la distanţă

Singurul sistem din lume capabil să excute radiochirurgie în orice parte din corp  fără  cadru

Capabilitatea de imagistică în timp real pe durata tratamentului

Posibilitatea poziţionării automate a pacientului în timpul tratamentului

Posiblitatea unui tratament de mare fineţe şi neîntrerupt de mişcările pacientului datorate

respiraţiei

Administrează tratamente în una sau mai multe şedinţe 

NEURO ARM

Un alt dispozitiv robotizat ce reprezintă o revoluţionare a operaţiilor neurochirurgicale,

folosind pentru prima dată Imaginile de Rezonanţă Magnetică, este robotul chirurgical NEURO

ARM.

A fost conceput sa funcţioneze în interiorul unui magnet al dispozitivului de Rezonanţă Magnetică.

Neurochirurgul direcţionează NeuroArm-ul dintr-o altă cameră, din afara sălii de operaţie, ghidându-

se după imaginile detaliate pe care Rezonanţa Magnetică le creează.

Aplicaţii în care poate fi folosit NeuroARM-ul.

Efectuează chirurgia pe creier la o scară mult mai mică decât un neurochirurg ar putea

(microchirurgie).Foloseşte tehnicile chirurgicale în tumorile pe creier, în care un neurochirurg nu ar avea

destulă dexteritate să le opereze, oferă o acurateţe înaltă. Alte roluri în utilizarea acestui system robotizat,

ar fi:

Biopsia

Microdisecţia

Termocoagularea

Prelevare de ţesut

Cauterizare

Manipulare a unui retractor

Curaţator de ustensile chirurgicale

Sutură de fineţe

Sucţie

Microfoarfece

Robotul este echipat cu:

2 braţe din titanium, şi polimeri de plastic, cu 7 grade de mişcare fiecare;

1 braţ 3D cu 2 canere.

o Asigură chirurgului o vedere stereoscopică 3D;

o Pot fi folosite şi ca microscoape în timpul chirurgiei;

Efector de sfârşit.

o Capabil să folosească mai multe instrumente chirurgicale;

o Echipat cu sensor 3D force, pentru a da o senzaţie asemanatoare palpaţiei;

Motoare non-magnetice.

o Previne distorsiunea imaginilor de Rezonanţă Magnetică.

Echipamentul staţiei de lucru este alcătuit din următoarele:

Procesor de calculator.

Controlare manual pentru braţele robotice.

Joystick pentru controlul camerelor.

O multitudine de monitoare.

o Pentru redarea imaginilor de rezonanţă magnetică în 3D;

o Pentru vedere microscopică;

o Pentru vedere stereoscopică 3D;

Capabilitatile staţiei de lucru:

Oferă pentru operaţiile chirurgicale 3 aspecte de feedback.

o Permite operatorului să vadă tumorile 3D;

o Permite chirurgului să simtă texturile, ţesuturile, şi presiunea.

o Se aud sunete;

Permite senzorului de presiune exterioara sa fie afisat.

Controlerele filtreaza tremuratirile mainilor.

Toate aspectele operatiilor chirurgicale pot fi inregistrate pentru scopuri educationale

Limitele chirurgicale pot fi programate, înaintea intervenţiei.

o Chirurgii pot simula virtual o operaţie înainte de a interveni cu manual.

Există butoane de siguranţă, în caz de nereusită, pentru a previne mişcările accidentare.

Asigură operatorului o acuraţete crescută. Sub 50 de microni.

Beneficiile folosirii acestui sistem robotizat:

Tehnice:

o Optimizează rezecţia leziunii;

o Mai puţin ţesut de manipulat;

o Optimizează deciziile chirurgicale ce trebuiesc luate;

Calitatea:

o Imbunătăţeste precizia, acurateţea, şi repetabilitatea;

o Reduce oboseala chirurgului;

o Micsorează complicaţiile chirurgicale;

o Micsorează morbiditatea chirurgicală;

Socio-Economic:

o Operaţii mai rapide;

o Creşte rezecţia celulară, şi astfel creşte şi timpul de supravieţuire;

o Este mai puţin traumatic;

Inconvenienţe:

Pacientul este închis în aparatul de Imagine cu Rezonanţă Magnetică;

Pacientul trebuie să fie în interiorul aparatului de Imagine cu Rezonanţă Magnetică pentru ca

echipamentul sa funcţioneze;

Doctorul este departe de pacient;

Costă 24 de milioane de dolari, tot echipamentul.

Una din cauzele principale a retragereii de pe piaţa a unor sisteme robotizate este absenţa

feedback ului si costurile uriaşe ale acestora.

BIBLIOGRAFIE:

1. Paul HA, Bargar WL, Mittlestadt B, Musits B, Taylor RH, Kazanzides P, Zuhars J, Williamson B, Hanson W. Development of a surgical robot for cementless total hip arthroplasty. Clin Orthop 1992:57---66.

2. Davies BL, Hibberd RD, Coptcoat MJ, Wickham JEA. A surgeon robot prostatectomy------a laboratory evaluation. J Med Eng Technol 1989;13:273---277.

3. Boehm DH, Reichenspurner H, Gulbins H, Detter C, Meiser B, Brenner P, Habazettl H, Reichart B. Early experience with robotic technology for coronary artery surgery. Ann Thorac Surg 1999;68:1542-1546.

4. Carpentier A, Loulmet D, Aupecle B, Kieffer JP, Tournay D, Guibourt P, Fiemeyer A, Meleard D, Richomme P, Cardon C.V. Computer assisted open heart surgery: first case operated on with success. C R Acad Sci III 1998;321:437-442.

5. Hanly EJ, Zand J, Bachman SL, Marohn MR, Talamini MA. Value of the SAGES learning center in introducing new technology. Surg Endosc 2005;10 (published on line).

6. Costi R, Himpens J, Bruyns J, Cadiere GB. Robotic fundoplication: from theoretic advantages to real problems. J Am Coll Surg 2003; 197:500–507.

7. Himpens J, Leman G, Cadiere GB. Telesurgical laparoscopic cholecystectomy. Surg Endosc 1998;12:1091.

8. Marescaux J, Smith MK, Folscher D, Jamali F, Malassagne B, Leroy J. Telerobotic laparoscopic cholecystectomy: initial experience with 25 patients. Ann Surg 2001;234:1-7.

9. Marescaux J, Leroy J, Gagner M, Rubino F, Mutter D, Vix M, Butner SE, Smith MK. Transatlantic robot-assisted telesurgery. Nature 2001;413:379-380.

10. Cadiere GB, Himpens J, Vertruyen M, Bruyns J, Germay O, Leman G, Izizaw R. Evaluation of telesurgical (robotic) Nissen fundoplication. Surg Endosc 2001;15:918–923.

11. Melvin WS, Needleman BJ, Krause KR, Schneider C, Ellison EC. Computer-enhanced vs. standard laparoscopic antireflux surgery. J Gastrointest Surg 2002;6:11–16.

12. Cadiere G, Himpens J, Vertruyen M, Favretti F. The world’s first obesity surgery performed by a surgeon at a distance. Obes Surg 1999;9:206-209.

13. Jacobsen G, Berger R, Horgan S. The role of robotic surgery in morbid obesity. J Laparoendosc Adv Surg Tech A 2003;13:279–283.

14. Giulianotti PC, Coratti A, Angelini M, Sbrana F, Cecconi S, Balestracci T, Caravaglios G. Robotics in general surgery: personal experience in a large community hospital. Arch Surg 2003;138:777–784.

15. Chapman WH III, Albrecht RJ, Kim VB, Young JA, Chitwood WR Jr. Computer-assisted laparoscopic splenectomy with the da Vinci surgical robot. J Laparoendosc Adv Surg Tech A 2002;12:155–159.

16. Talamini MA, Chapman S, Horgan S, Melvin WS, for the Academic Robotics Group. A prospective analysis of 211 robotic-assisted surgical procedures. Surg Endosc 2003;17:1521–4.

17. Rockall TA, Darzi A. Robot-assisted laparoscopic colorectal surgery. Surg Clin North Am 2003;83:1463–1468.

18. Marescaux J, Soler L. Image-guided robotic surgery. Semin Laparosc Surg 2004;11:113–122.

19. http://www.acibadem.com.ro/tratamente_neurochirurgie.html

20. University of Calgary

http://www.ucalgary.ca/

21. NeuroArm: Navigating the Future of Surgery

http://www.medgadget.com/

22. Robotic Surgery

http://biomed.brown.edu/Courses/BI108/BI108_2005_Groups/04/neurology.html

23. Imaging Informatics

http://www.imaginginformatics.ca/facilities/neuroarm

24. Hotchkiss Brain Institute

http://www.hbi.ucalgary.ca/sections.php?sid=5&cid=37