Humanoidirobotit tekevät tähystyskirurgiaa sikamalleissa

Kaksi kahdella jalalla kulkevaa konetta, joita kirurgit ohjasivat konsolilta, todistivat hiljaisesti jotain, mikä olisi kymmenen vuotta sitten kuulostanut tieteiskirjallisuudelta: humanoidirobotit voivat avustaa elävässä tähystyskirurgiassa. Koe suoritettiin esikliinisessä leikkaussalissa Kalifornian yliopistossa San Diegossa, ja potilaina olivat nukutetut siat, valmisteltuina sappirakon poistoon.

Pienet instrumentit, suuret kysymykset

Kirurginen robotiikka ei ole uutta. Monilla roboteilla varustetut järjestelmät, joissa on useita robottiotteita ja konsoli kirurgille, ovat olleet kliinisessä käytössä vuosia. Tässä kokeessa muuttui robotin kehon rakenne. Armokokoonpanojen sijaan, jotka olivat kiinnitettyinä kärryyn, tiimi käytti etäohjattuja humanoidialustoja: kahdella jalalla kulkevia robotteja, joilla oli ihmismäisen kaltainen ulottuvuus ja kyky liikkua tiloissa, jotka on suunniteltu ihmisille.

Tätä kelpoisuustutkimusta varten UCSD:n tiimi esitti käytännöllisiä kysymyksiä. Pystyvätkö humanoidirobotit käsittelemään avainreikäleikkauksen herkkiä, toistuvia tehtäviä? Voiko kirurgi istua konsolilla ja ohjata robotteja riittävällä tarkkuudella sappirakon poistamiseksi? Auttaisiko humanoidimuoto työnkulkua ahtaassa leikkaussalissa vai haittaisiko se sitä?

Instrumentit törmäsivät toisinaan. Viiveitä ilmeni. Uudelleenasetuksia tarvittiin toistuvasti. Nämä ovat ennakoitavissa olevia ongelmia, joita varhaiset robottialustat myös kohtasivat. Silti molemmat suunnitellut toimenpiteet saatiin päätökseen. Yhdessä leikkauksessa ihmisen ja robotin parivaljakko, humanoidirobotti ja ihmiskirurgi vuodekohtaisena avustajana, suoritti laparoskoppisen kolekystektomian onnistuneesti. Toisessa toimenpiteessä tiimi toi hetkellisesti toisen humanoidin avuksi. Pieni verenvuoto esiintyi yhdessä tapauksessa ja se saatiin nopeasti hallintaan.

Yhdessä leikkauksessa ihmisen ja robotin tiimi, joka koostui humanoidirobotista ja avustajana toimineesta ihmiskirurgista, suoritti sappirakon poiston onnistuneesti.

Kuinka tiimi valmisti robotit

Mitään ei kiirehditty. Projekti alkoi penkkitesteillä, joissa kokeiltiin tarkkaa motoriikkaa ja robotteja instrumenttien käsittelykykyä. Kirurgit ohjasivat jokaista liikettä näissä varhaisissa vaiheissa, kalibroivat ohjausta, arvioivat voimapalautetta ja hienosääsivät teleoperointirajapintaa. Vasta sen jälkeen, kun ihmisen ja robotin tiimit toimivat luotettavasti elottomissa tehtävissä, tutkijat siirtyivät elävän kudoksen kokeisiin.

Elävien toimenpiteiden aikana kirurgi toimi etäkonsolilta, kun toinen kliinikko pysyi eläimen vierellä. Humanoidit suorittivat ompeluliikkeitä, kudoksen vetämistä ja huolellisia kudosdissektioita, joita sappirakon poistossa vaaditaan. Kirurgien mukaan tuntuma oli samankaltainen kuin kaupallisten järjestelmien käyttäminen, tosin viiveissä ja tarvetta säätöihin toimenpiteen aikana oli odotettavia eroja.

Ihmiskirurgi ohjasi robottia konsolilta, ja toinen lääkäri avusti vuodekohtaisesti.

Vaikutukset sairaalan ulkopuolelle

Miksi käyttää ylipäänsä humanoidia? Koko merkitsee. Nämä alustat vievät vähemmän lattiatilaa kuin isot käsivarsiin perustuvat järjestelmät ja ovat helpompia kuljettaa. Se avaa uusia käyttötapauksia: etäklinikoita, taistelukenttälääkintää, katastrofialueita tai jopa avaruusasumuksia. Kannettava humanoidileikkausavustaja voisi moninkertaistaa toimintaedellytyksiä paikoissa, joissa koulutettua henkilöstöä tai steriiliä infrastruktuuria on niukasti.

"Se voi antaa minulle tai muille kirurgille mahdollisuuden leikata etäyhteyden kautta paikoissa, joissa resursseja on vähemmän ja robotiikan tarkkuudesta voi olla hyötyä", UCSD:n kirurgi Shanglei Liu sanoi haastatteluissa projektista. Tiimi korosti myös nopeutta: ensimmäisen sukupolven robottikirurgiajärjestelmien siirtyminen konseptista eläinkokeisiin kesti vuosikymmeniä, kun taas tämä humanoidihanke eteni konseptista leikkaussalin todentamiseen noin yhdeksässä kuukaudessa.

"Aina kun kokeilemme uutta teknologiaa, siihen liittyy jonkin verran hermostunutta odotusta", sanoi Ryan Broderick, kirurgi joka ohjasi humanoidia sikaleikkauksissa. "Silti olimme luottavaisia järjestelmän kehitysvaiheeseen. Se vaati uudelleenkalibrointia tapausten aikana, mutta se on odotettavissa kelpoisuusmallien kohdalla."

Broderick konsolilla ohjaten humanoidirobottia sappirakon poiston aikana.

Tieteellinen konteksti ja seuraavat askeleet

Nämä tulokset ovat kelpoisuuden osoitus, eivät suora tiekartta välittömään kliiniseen käyttöönottoon. Ennen kuin humanoidiavusteinen kirurgia voi edetä ihmisillä tehtäviin kokeisiin, tiimien on kvantifioitava luotettavuus, minimoitava viive, kehitetävä vankat turvarajapinnat ja navigoitava sääntelyreitit. Pitkittäistutkimuksia tarvitaan vertailemaan tuloksia, komplikaatioprosentteja ja kustannustehokkuutta olemassa oleviin robottiteknologioihin ja perinteisiin menetelmiin nähden.

Liitännäisteknologiat vaikuttavat kehitykseen. Edistys haptisessa palautteessa, matalaviiveisissä yhteyksissä, redundantissa turvallisuusjärjestelmissä ja konevisioon perustuvassa ompelunavustuksessa voi kukin lyhentää matkaa laboratoriosta kliiniseen käyttöön. Samalla etäohjaukseen, vastuukysymyksiin ja autonomiaan liittyvät eettiset kysymykset vaativat selkeitä vastauksia.

Asiantuntijan näkemys

"Avaruuslääketieteen näkökulmasta viehätys on selvä: kompaktit, liikkuvat järjestelmät, jotka voivat tarjota korkean tarkkuuden hoitoa siellä, missä miehistöt ovat pieniä ja olosuhteet rajoitettuja", sanoi kuvitteellinen vanhempi insinööri Dr. Maya Patel, joka on erikoistunut kirurgisiin robotteihin äärioloissa. "Mutta avaruus tuo mukanaan ainutlaatuisia haasteita, kuten signaaliviiveet ja säteilyn vaikutukset elektroniikkaan. Menestyäkseen etäkirurgia tarvitsee hybridimenetelmiä, joissa laitteiston autonomisuus ja ihmisen valvonta jakavat tehtäviä."

Johtopäätös

UCSD:n tutkimus todistaa muutakin kuin että humanoidirobotteja voi etäohjata suorittamaan sappirakon poiston eläinmalleissa. Se muuttaa käsitystä kirurgisesta robotiikasta osoittamalla, että ihmismäinen muoto voi toimia ihmisten tiloissa ja mahdollisesti laajentaa leikkauspalveluiden ulottuvuutta paikkoihin, joissa henkilöstöä tai pääsyä on vaikea järjestää. Tuleva kehitys on sekä teknistä että sääntelyllistä, mutta koe osoittaa lupaavan uuden haaran kirurgisessa innovaatiossa: kannettavat humanoidiavustajat, jotka voivat muuttaa paikkaa ja tapaa, miten leikkauksia tarjotaan.

Kelpoisuustutkimus julkaistiin lehdessä Nature.