11/07/2023
Door Ad Spijkers
Onderzoekers van EPFL hebben een systeem ontwikkeld dat laparoscopische chirurgie met vier armen mogelijk maakt.
Robotici bij de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hebben manipulatie van meerdere ledematen gecombineerd met geavanceerde uitbreiding van de besturing. Twee extra robotarmen, te besturen via haptische voetinterfaces, zorgen voor een grote vooruitgang op het gebied van laparoscopische chirurgie (minimaal invasieve operaties). De resultaten bevestigen de haalbaarheid van de opstelling om de werkdruk van de chirurg te verminderen en de precisie en veiligheid te verbeteren. Specialisten zijn al met succes getraind in het systeem en klinische proeven zijn gaande in Genève.
Haptische terugkoppeling
In een hechte samenwerking tussen verschillende onderzoeksgroepen ontwikkelde promovendi en wetenschappers een systeem waarmee chirurgen naast hun twee natuurlijke armen over twee extra robotarmen beschikken in de vorm van haptische voetinterfaces met vijf vrijheidsgraden. Elke hand bestuurt een manipulatief instrument, terwijl één voet een endoscoop/camera bedient en een andere voet een aangedreven grijper.
Een belangrijke innovatie van het systeem ligt in de besturing die wordt gedeeld door de chirurg en de robotassistenten. Het door de onderzoekers ontwikkelde besturingskader zorgt ervoor dat de chirurg en de robots kunnen samenwerken binnen een gelijktijdige werkruimte. Tegelijkertijd voldoen ze aan de precisie- en veiligheidseisen van laparoscopische chirurgie.
De actuatoren in de voetpedalen geven haptische terugkoppeling aan de gebruiker. Ze leiden de voet naar het doel alsof ze een onzichtbaar krachtenveld volgen. Ook beperken ze de kracht en beweging om ervoor te zorgen dat foutieve voetbewegingen de patiënt niet in gevaar brengen. Het systeem opent nieuwe mogelijkheden voor chirurgen om laparoscopische procedures met vier handen uit te voeren. Hierdoor kan één enkele persoon een taak uitvoeren die gewoonlijk door twee, soms drie mensen wordt verricht.
Minimalisering van vermoeidheid
Robotica leidt soms de besturing van het instrument door de chirurg, terwijl ze voorspellen waar de chirurg heen wil. Dit staat bekend als gedeelde besturing, Bij het leggen van een knoop bijvoorbeeld, past de endoscoop zich aan in de juiste positie en kan de grijper uit de weg gaan.
Vier armen tegelijk besturen, bovendien met de voeten, is niet nieuw. Piloten en drummers doen het al decennia. Maar in de chirurgie is het geen routine en het kan behoorlijk vermoeiend zijn. Om de complexiteit van de besturing te verminderen, helpen de robots de chirurg actief door hun bewegingen met hem of haar te coördineren. Dit doen ze door actieve voorspelling van de intentie van de chirurg en adaptieve visuele tracking van laparoscopische instrumenten met de camera. Bovendien wordt hulp geboden voor het nauwkeuriger grijpen van de weefsels.
Door de integratie van met de voet bediende robotassistenten en gedeelde besturingsstrategieën kan de mentale en fysieke belasting van chirurgen worden verminderd en zullen naar verwachting de chirurgische resultaten verbeteren.
Samenwerking met chirurgen
Er is een uitgebreid gebruikersonderzoek met praktiserende chirurgen uitgevoerd om het gebruiksgemak en de effectiviteit van het systeem te evalueren. Het idee om actief de voeten te gebruiken om door robots ondersteunde chirurgie uit te voeren, is een leerbare vaardigheid. Implementatie in de operatiekamer is misschien mogelijk als een cockpit ver weg van de patiënt, dit om de ergonomie te verbeteren.
Het systeem wordt nog steeds getest en verbeterd, maar de resultaten bevestigen de haalbaarheid van het uitvoeren van vierarmige chirurgische taken zonder intensieve training. De gedeelde controlestrategieën die in het systeem zijn geïmplementeerd, bleken de taakbelasting te verminderen, de prestaties te verbeteren, de spreekvaardigheid te vergroten en de coördinatie tijdens laparoscopische taken te verbeteren.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: EPFL