ربات های انسان نما در جراحی زنده لاپاراسکوپی کیسه صفرا

دو دستگاه دوپا که جراحان آن‌ها را از پشت یک کنسول هدایت می‌کردند، بی‌سروصدا چیزی را ثابت کردند که یک دهه پیش بیشتر شبیه داستان‌های علمی تخیلی به نظر می‌رسید: ربات‌های انسان‌نما می‌توانند در جراحی لاپاراسکوپی زنده کمک کنند. این آزمایش در اتاق عمل پیش‌بالینی دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو انجام شد و بیماران، خوک‌هایی بودند که بیهوش و برای برداشتن کیسه صفرا آماده شده بودند.

ابزارهای کوچک، پرسش‌های بزرگ

رباتیک جراحی موضوع تازه‌ای نیست. سامانه‌هایی با چند بازوی رباتیک و کنسولی برای جراح، سال‌هاست در محیط‌های بالینی استفاده می‌شوند. آنچه در این آزمایش تغییر کرد، طراحی بدنی ربات بود. به‌جای مجموعه‌ای از بازوها که روی یک چرخ‌دستی ثابت شده‌اند، تیم پژوهشی از پلتفرم‌های انسان‌نمای کنترل از راه دور استفاده کرد: ربات‌های دوپا با دامنه دسترسی شبیه انسان و توانایی حرکت در فضاهایی که برای انسان طراحی شده‌اند.

تیم دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو در این مطالعه امکان‌سنجی، پرسش‌هایی کاملا کاربردی مطرح کرد. آیا ربات‌های انسان‌نما می‌توانند وظایف ظریف و تکراری یک عمل جراحی سوراخ‌کلیدی را انجام دهند؟ آیا جراح می‌تواند پشت کنسول بنشیند و این ربات‌ها را با دقت کافی برای برداشتن کیسه صفرا کنترل کند؟ آیا شکل و ساختار انسان‌نمای ربات به جریان کار در اتاق عمل شلوغ کمک می‌کند یا مانع آن می‌شود؟

گاهی ابزارها با یکدیگر برخورد می‌کردند. تاخیر در پاسخ‌دهی هم دیده شد. جابه‌جایی و تنظیم دوباره ربات‌ها نیز بارها لازم بود. این‌ها مشکلات قابل پیش‌بینی هستند، همان چالش‌هایی که پلتفرم‌های اولیه رباتیک نیز با آن روبه‌رو بودند. با این حال، هر دو عمل برنامه‌ریزی‌شده با موفقیت به پایان رسید. در یک عمل، ترکیب انسان و ربات، یعنی یک ربات انسان‌نما به همراه یک جراح انسانی در کنار تخت به‌عنوان دستیار، توانست کوله‌سیستکتومی لاپاراسکوپی را با موفقیت انجام دهد. در عمل دوم، تیم برای مدت کوتاهی یک ربات انسان‌نمای دوم را نیز برای کمک به فرایند جراحی وارد کرد. در یکی از موارد، خون‌ریزی خفیفی رخ داد که به‌سرعت کنترل شد.

در یکی از جراحی‌ها، یک تیم انسان و ربات متشکل از ربات انسان‌نما و جراح انسانی در نقش دستیار، عمل برداشتن کیسه صفرا را با موفقیت انجام داد.

تیم پژوهشی چگونه ربات‌ها را آماده کرد

هیچ مرحله‌ای با عجله انجام نشد. پروژه با آزمون‌های رومیزی آغاز شد که وظایف حرکتی ظریف و توانایی ربات‌ها در کار با ابزارهای جراحی را بررسی می‌کرد. جراحان در مراحل اولیه، هر حرکت را هدایت کردند، کنترل را کالیبره کردند، بازخورد نیرو را سنجیدند و رابط کنترل از راه دور را بهبود دادند. پژوهشگران تنها زمانی به آزمون روی بافت زنده رفتند که تیم‌های انسان و ربات در انجام وظایف روی نمونه‌های غیرزنده عملکردی قابل اعتماد نشان دادند.

در جریان عمل‌های زنده، یک جراح از کنسول دوردست کار می‌کرد و پزشک دیگری در کنار حیوان باقی می‌ماند. ربات‌های انسان‌نما حرکات بخیه‌زنی، کنار زدن بافت و برش‌های دقیق بافتی لازم برای برداشتن کیسه صفرا را اجرا کردند. جراحان گفتند حس کار با این سامانه شبیه استفاده از سامانه‌های تجاری موجود است، با تفاوت‌های قابل انتظار در تاخیر پاسخ‌دهی و نیاز به تنظیمات حین عمل.

یک جراح انسانی ربات را از پشت کنسول کنترل می‌کرد و پزشک دیگری در کنار تخت کمک می‌داد.

پیامدهایی فراتر از بیمارستان

اصلا چرا باید از ربات انسان‌نما استفاده کرد؟ اندازه اهمیت دارد. این پلتفرم‌ها نسبت به سامانه‌های بزرگ مبتنی بر بازو، فضای کمتری از کف اتاق را اشغال می‌کنند و حمل‌ونقل آن‌ها آسان‌تر است. همین ویژگی‌ها کاربردهای تازه‌ای را ممکن می‌کند: درمانگاه‌های دورافتاده، پزشکی در میدان نبرد، مناطق بحران‌زده یا حتی زیستگاه‌های خارج از زمین. یک دستیار جراحی انسان‌نمای قابل حمل می‌تواند در جاهایی که نیروی متخصص یا زیرساخت استریل کمیاب است، توان جراحی را چند برابر کند.

شانگ‌لی لیو، جراح دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو، در گفت‌وگوهایی درباره این پروژه گفت: «این فناوری ممکن است به من یا جراحان دیگر اجازه دهد در مکان‌هایی با منابع کمتر، از راه دور عمل کنیم؛ جاهایی که دقت جراحی رباتیک می‌تواند مفید باشد.» تیم همچنین بر سرعت توسعه تاکید کرد: در حالی که نسل نخست سامانه‌های جراحی رباتیک طی چند دهه از ایده به آزمایش روی حیوان زنده رسیدند، این تلاش مبتنی بر ربات انسان‌نما تقریبا در ۹ ماه از ایده به اثبات مفهوم در اتاق عمل رسید.

رایان برودریک، جراحی که در عمل‌های روی خوک ربات انسان‌نما را هدایت کرد، گفت: «هر بار که یک فناوری تازه را آزمایش می‌کنیم، میزانی از انتظار همراه با نگرانی وجود دارد. با این حال، ما با سامانه‌ای که توسعه یافته بود احساس اطمینان داشتیم. در طول موارد جراحی به کالیبراسیون دوباره نیاز داشت، اما این موضوع در مدل‌های اثبات مفهوم طبیعی است.»

برودریک پشت کنسول، هنگام کنترل یک ربات انسان‌نما در فرایند برداشتن کیسه صفرا. 

زمینه علمی و گام‌های بعدی

این نتایج، نمایش امکان‌پذیری هستند، نه نقشه راهی برای ورود فوری به کاربرد بالینی. پیش از آنکه جراحی با کمک ربات انسان‌نما بتواند به سمت آزمایش‌های انسانی حرکت کند، تیم‌ها باید قابلیت اطمینان را به‌صورت کمی ارزیابی کنند، تاخیر را به حداقل برسانند، قفل‌های ایمنی مقاوم توسعه دهند و مسیرهای قانونی و نظارتی را طی کنند. برای مقایسه نتایج درمانی، نرخ عوارض و مقرون‌به‌صرفه بودن با روش‌های رباتیک موجود و تکنیک‌های متداول، به مطالعات طولی نیاز خواهد بود.

فناوری‌های مرتبط نیز بر سرعت پیشرفت اثر می‌گذارند. پیشرفت در بازخورد لمسی، پیوندهای ارتباطی کم‌تاخیر، سامانه‌های ایمنی پشتیبان و بخیه‌زنی با کمک بینایی ماشین، هرکدام می‌توانند مسیر حرکت از آزمایشگاه تا کلینیک را کوتاه‌تر کنند. هم‌زمان، پرسش‌های اخلاقی درباره کنترل از راه دور، مسئولیت حقوقی و خودمختاری ربات‌ها باید پاسخ‌های روشنی پیدا کنند.

بینش کارشناسی

دکتر مایا پاتل، مهندس ارشد فرضی و متخصص رباتیک جراحی برای محیط‌های سخت، گفت: «از دید پزشکی هوافضا، جذابیت این فناوری روشن است: سامانه‌های فشرده و متحرکی که می‌توانند مراقبت بسیار دقیق را در جایی ارائه دهند که خدمه اندک و شرایط محدود است. اما فضا چالش‌های ویژه‌ای دارد، مانند تاخیر سیگنال و اثر تابش بر قطعات الکترونیکی. برای موفقیت، جراحی از راه دور به رویکردهای ترکیبی نیاز دارد که در آن خودمختاری در محل و نظارت انسانی وظایف را میان خود تقسیم کنند.»

جمع‌بندی

مطالعه دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو فراتر از این است که صرفا نشان دهد ربات‌های انسان‌نما را می‌توان از راه دور برای برداشتن کیسه صفرا در مدل‌های حیوانی هدایت کرد. این پژوهش چارچوب رباتیک جراحی را بازتعریف می‌کند، زیرا نشان می‌دهد یک ساختار شبیه انسان می‌تواند در فضاهای انسانی کار کند و شاید دامنه دسترسی جراحی را به مکان‌هایی گسترش دهد که تامین نیروی متخصص یا دسترسی به آن‌ها دشوار است. مسیر پیش‌رو هم فنی است و هم نظارتی، اما این آزمایش شاخه تازه و امیدبخشی از نوآوری جراحی را نشان می‌دهد: دستیاران انسان‌نمای قابل حمل که می‌توانند محل و شیوه ارائه جراحی را تغییر دهند.

این مطالعه امکان‌سنجی در نشریه نیچر منتشر شد.