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Testo |. Osservazione degli aminoacidi

Chi sarà il prossimo Leonardo da Vinci? Questo potrebbe essere il problema a cui l’industria medica presta la massima attenzione.

Il robot chirurgico da Vinci è unico con la sua tecnologia rivoluzionaria ed è quasi diventato sinonimo di robot chirurgici. Tuttavia, data l’ampia gamma di scenari di applicazione chirurgica e i numerosi punti critici, il mercato nutre grandi speranze per i robot chirurgici in diversi scenari.

Al momento, i robot di microchirurgia non rappresentano solo il prossimo progresso tecnologico, ma anche il prossimo campo esplosivo. Dopo decenni di esplorazione, questo campo si avvicina sempre più al momento della “singolarità”.

Nel febbraio di quest’anno, Medical Microinstruments, un’azienda leader nella produzione di robot per microchirurgia all’estero, ha ricevuto un enorme finanziamento di 110 milioni di dollari.

A livello nazionale, aziende tra cui Angtech Microelectronics e Dishi Medical hanno già presentato i loro piani e continuano a ricevere sostegno finanziario per accelerare i loro progressi. Ad esempio, Dishi Medical utilizza la chirurgia oculare come punto di ingresso e ha attualmente condotto studi clinici di conferma in Cina.

Quindi, nel campo dei robot microchirurgici, nascerà il prossimo Leonardo da Vinci?

/ 01/ Sfide che le "persone" non possono risolvere

Nel campo della chirurgia, la microchirurgia rappresenta senza dubbio l’eccellenza tecnica. La cosiddetta microchirurgia si riferisce all'uso di apparecchiature di ingrandimento ottico e apparecchiature microchirurgiche per eseguire operazioni complesse e precise in un intervallo molto ristretto.

In un intervento di microchirurgia classico, il medico deve utilizzare un microscopio per esplorare e trovare vasi sanguigni e nervi che misurano solo un millimetro o addirittura pochi decimi di millimetro, quindi utilizzare suture misurate in micron e sottili come la seta di un ragno per riparare accuratamente e suturarli ogni vaso sanguigno e nervo importante.

Poiché il campo visivo della microchirurgia è solitamente di soli 2-3 cm, qualsiasi leggero tremore delle mani del medico può influenzare direttamente il successo o il fallimento dell'operazione. Pertanto, ciò richiede che la tecnica del microchirurgo sia costante, accurata, precisa e abile.

Attualmente, grazie ai progressi nei microscopi e nella strumentazione, i microchirurghi sono ora in grado di eseguire la supermicrochirurgia collegando vasi sanguigni con diametro compreso tra 0,3 e 0,8 millimetri.

Basandosi sui vantaggi unici della microchirurgia, è stata ampiamente utilizzata in varie specialità chirurgiche, tra cui oftalmologia, otorinolaringoiatria, neurochirurgia, chirurgia plastica e urologia.

Nonostante i rapidi progressi, la microchirurgia presenta dei limiti.

Innanzitutto, la probabilità di commettere un errore è ancora alta. La microchirurgia richiede estrema precisione, con poco margine di errore, e anche il minimo tremore può causare danni inutili. In teoria, dovremmo evitare queste lesioni, ma a causa della complessità dell’intervento, ci sono ancora molte sfide. Clinicamente ci saranno varie complicazioni e la percentuale non è bassa. I dati mostrano che nell’intervento chirurgico di peeling della membrana epiretinica, l’incidenza delle complicanze varia dal 2% al 30%.

In secondo luogo, la chirurgia a lungo termine può facilmente portare maggiore incertezza. A seconda delle condizioni del paziente, un intervento di microchirurgia può durare da poche ore a più di dieci ore, o anche più di trenta ore. Pertanto, ogni operazione è una sfida estrema per le capacità e la resistenza del medico. Inoltre, ciò può comportare affaticamento e aumentare il rischio di errori involontari.

In terzo luogo, è anche il più restrittivo per la pratica clinica. La formazione dei chirurghi è difficile e richiede tempi estremamente lunghi. Perché la microchirurgia richiede elevate competenze chirurgiche da parte del chirurgo e richiede una formazione approfondita prima che il chirurgo possa eseguire tali operazioni clinicamente. Da un lato richiede talento e pazienza da parte dei medici e dall'altro richiede anche una formazione a lungo termine. Un microchirurgo in grado di completare un'operazione di reimpianto di un dito mozzato (una tecnica distintiva della microchirurgia) richiede generalmente 3 anni di formazione e l'intero ciclo di formazione può richiedere più di 10 anni.

Pertanto, con varie restrizioni, la comunità medica globale ha esplorato l’applicazione della tecnologia robotica nella microchirurgia e sviluppato vari sistemi robotici microchirurgici (MSR).

Il caldo è sempre più alto. Il numero di articoli relativi alla MSR pubblicati ogni anno dal 2000 al 2022 è stato ottenuto cercando diverse parole chiave in Google Scholar. Come si può vedere dalla figura, il numero di studi relativi alla MSR è generalmente in aumento.

Esistono diverse indicazioni che il sistema MSR possa avere un impatto importante nel campo della microchirurgia.

/ 02/ La continua apparizione di creatori di cambiamento

Sulla base dei profondi punti critici, molte aziende in tutto il mondo si stanno concentrando su questo campo e durante il processo di esplorazione sono emerse molte idee tecniche diverse.

Uno è il sistema robotico portatile.

Nei sistemi robotici portatili, lo strumento chirurgico stesso viene modificato in un minuscolo sistema robotico chiamato "strumento robotico". I chirurghi lo manipolano per eseguire procedure chirurgiche. Gli strumenti robotici forniscono funzioni come la cancellazione del tremore, il blocco della profondità, ecc., quindi sono anche chiamati "mani ferme".

"Micron" è un tipico esempio. Il suo nucleo è percepire il proprio movimento attraverso un manipolatore portatile e filtrare selettivamente movimenti errati, come i tremori delle mani. Il robot genera quindi un movimento stabile sulla punta dell'utensile attraverso la compensazione attiva dell'errore. Il robot Micron è facile da usare, dotato di bracci che sostengono veri strumenti microchirurgici che si adattano facilmente ai supporti e sono compatibili con i microscopi chirurgici tradizionali.

In secondo luogo, il sistema robotico di controllo remoto.

In un sistema robotico teleoperato, il chirurgo manipola il modulo master per controllare il modulo slave, che sostituisce le mani del chirurgo per manipolare gli strumenti chirurgici. Il sistema integra il ridimensionamento del movimento e il filtraggio del tremore tramite servo algoritmi. Inoltre, consente la percezione tridimensionale integrando feedback tattile o algoritmi di rilevamento della profondità all'estremità degli strumenti chirurgici.

Un tipico esempio è il "Sistema chirurgico Preceyes", che consiste in un computer, controller di movimento in ingresso, manipolatori di strumenti e un poggiatesta montato sul tavolo operatorio. Progettato per prestazioni ottimali, il sistema è dotato di collegamenti a parallelogramma e contrappesi regolabili che forniscono RCM meccanico, protezione in caso di interruzione di corrente e coppia articolare ridotta al minimo. PSS utilizza la scala dinamica per convertire il movimento approssimativo in un movimento preciso a quattro assi della punta dello strumento. Inoltre, utilizza i limiti di distanza basati sull'OCT per prevenire movimenti involontari e incorpora il filtraggio del tremore per ridurre il trauma retinico iatrogeno. Altre caratteristiche includono feedback tattile, cambio automatico dello strumento, feedback uditivo vicino alla retina e un meccanismo di retrazione migliorato per la rimozione immediata della sonda in caso di incidente. Queste caratteristiche aumentano la precisione e la sicurezza e riducono il rischio di danni accidentali ai tessuti.

In terzo luogo, sistemi robotici gestiti congiuntamente.

In un sistema robotico co-manipolato, il chirurgo e il robot manipolano simultaneamente gli strumenti chirurgici. Il chirurgo manipola direttamente gli strumenti chirurgici manualmente per controllarne il movimento, e il robot svolge un ruolo di supporto, fornendo una compensazione ausiliaria per il tremore delle mani e consentendo l'immobilizzazione degli strumenti chirurgici per lunghi periodi di tempo.

Il robot per chirurgia oculare DiShi Weifeng di DiShi Medical è un tipico esempio. In questo sistema chirurgico, la mano principale è il medico e la mano schiava è il robot, che si muove secondo l'intenzione del medico. L'intero processo di iniezione è suddiviso in più fasi: in primo luogo, il medico controlla il giunto cardanico del robot per il posizionamento extraoculare, quindi il posizionamento intraoculare, quindi controlla la maniglia per avvicinare gradualmente l'estremità all'area della lesione retinica. Se è necessario iniettare farmaci in posizione sottoretinica, il robot rimane immobile e le mani umane non intervengono più, operazione che richiede circa 3 minuti. Prendiamo come esempio l'iniezione di 200 microlitri di soluzione medicinale. Il robot inietta lentamente. Durante il processo, il medico deve solo monitorare il tempo, la velocità e la portata, quindi evacuare l'occhio dopo l'iniezione sempre sotto la supervisione del medico e anche la decisione viene presa dal medico Do.

In quarto luogo, sistemi robotici parzialmente automatizzati.

In un sistema robotico parzialmente automatizzato, procedure specifiche o passaggi procedurali vengono eseguiti automaticamente dal robot. Il robot manipola e controlla direttamente il movimento degli strumenti chirurgici. Le informazioni sull'immagine elaborata vengono fornite al robot come feedback e guida. Le informazioni visive vengono trasmesse simultaneamente al chirurgo, che può fornire comandi di esclusione in qualsiasi momento per supervisionare interventi chirurgici parzialmente automatizzati.

In questo campo il sistema “IRISS” ne è un tipico esempio. Basato sul sistema "IRISS", il chirurgo aziona in remoto il manipolatore slave attraverso una coppia di controller master personalizzati e ottiene informazioni visive osservando il feedback visivo 3D intraoperatorio attraverso un monitor head-up. Inoltre, il sistema fornisce funzionalità di filtraggio del tremore e di ridimensionamento del movimento per migliorare le prestazioni di controllo e la sicurezza nella chirurgia robotica. Le prestazioni di IRISS sono state verificate in occhi di maiale isolati e i chirurghi hanno eseguito con successo una serie di interventi chirurgici vitreoretinici utilizzando IRISS, tra cui capsulectomia del cristallino anteriore, vitrectomia, incannulamento della vena retinica e altri interventi complessi.

Tuttavia, anche se ci sono molti attori che stanno esplorando, oggettivamente parlando, la maggior parte delle aziende è ancora nella fase iniziale dell’esplorazione. Pertanto, l'esplosione in questo campo dovrà ancora attendere l'arrivo del momento di singolarità.

/ 03/ Aspettando un momento di singolarità

Prima che queste innovazioni tecnologiche possano trionfare, è necessario risolvere una serie di problemi complessi.

Innanzitutto, abbiamo bisogno di un approccio interdisciplinare per risolvere efficacemente i problemi in ambito clinico e ingegneristico. Anche se il posizionamento logico della funzione è molto chiaro (posizionamento preciso e prevenzione del jitter), è necessario prima sviluppare l'hardware appropriato. Questo non è un compito facile: ad esempio, alcuni robot potrebbero richiedere funzioni che nessun braccio robotico esistente è in grado di soddisfare requisiti di precisione così elevati. Occorre quindi partire dalle basi e progettare in totale autonomia, compresa la realizzazione del sistema di controllo e la progettazione dell'intera struttura meccanica.

Allo stesso tempo, anche il processo di assemblaggio di queste parti di alta precisione per soddisfare i requisiti di uso clinico è piuttosto complicato. Ad esempio, DiShi Medical ha affermato che quando l'occhio sinistro richiede un intervento chirurgico, la macchina viene posizionata a sinistra; quando l'occhio destro richiede un intervento chirurgico, il prototipo viene posizionato a destra; Nell’uso reale, i robot mobili complicano la situazione. La sfida è che la corsa di movimento del robot aumenta di una distanza interpupillare. Sebbene sia solo di pochi centimetri, il cambiamento nella struttura meccanica provoca una variazione di peso e cambia anche il carico corrispondente sul motore... Molti componenti chiave e meccanici. le strutture devono essere riprogettate.

In secondo luogo, la progettazione del robot deve soddisfare le condizioni operative del medico. I robot non esistono isolatamente. La profonda comprensione delle esigenze dei medici e dei punti critici è una questione chiave di know-how. Pertanto, le aziende hanno bisogno di abbondanti risorse mediche. Durante l'intero processo di sviluppo, gli ingegneri professionisti devono lavorare a stretto contatto con i chirurghi per completare interazioni efficaci. Allo stesso tempo, è necessario eliminare anche alcune funzioni che non soddisfano le esigenze cliniche standard pertinenti per i dispositivi medici e avere la capacità di ripetere continuamente.

Anche se lo sviluppo del prodotto avrà successo, la successiva commercializzazione comporterà molte questioni, come la formazione dei medici. Fondamentalmente i robot possono abbreviare il processo di formazione dei medici, ad esempio da 10 a 5 anni. Ma c’è ancora molto lavoro da fare per conquistare la fiducia di medici e pazienti.

Nel complesso, la prestazione del prodotto è un "1", mentre questioni come la formazione dei medici sono uno "0". Al momento, il compito principale dei robot di microchirurgia è risolvere il problema "1", e solo allora potranno essere qualificati per parlare dell'accumulo di più "0".