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Texto | Observação Amino

Quem é o próximo Leonardo da Vinci? Esta pode ser a questão à qual a indústria médica presta mais atenção.

O robô cirúrgico da Vinci é único com sua tecnologia revolucionária e quase se tornou sinônimo de robôs cirúrgicos. No entanto, dada a ampla gama de cenários de aplicação cirúrgica e muitos pontos problemáticos, o mercado tem grandes esperanças em robôs cirúrgicos em diferentes cenários.

Atualmente, os robôs microcirúrgicos não são apenas o próximo avanço tecnológico, mas também o próximo campo explosivo. Após décadas de exploração, este campo está cada vez mais próximo do momento da “singularidade”.

Em fevereiro deste ano, a Medical Microinstruments, uma empresa estrela em robôs de microcirurgia no exterior, recebeu um enorme financiamento de US$ 110 milhões.

A nível interno, empresas como a Angtech Microelectronics e a Dishi Medical já definiram os seus planos e continuam a receber apoio financeiro para acelerar o seu progresso. Por exemplo, a Dishi Medical utiliza a cirurgia ocular como ponto de entrada e atualmente conduz ensaios clínicos confirmatórios na China.

Então, no campo dos robôs microcirúrgicos, nascerá o próximo Leonardo da Vinci?

/ 01/ Desafios que as “pessoas” não conseguem resolver

No campo da cirurgia, a microcirurgia é, sem dúvida, o ponto alto técnico. A chamada microcirurgia refere-se ao uso de equipamentos de ampliação óptica e equipamentos microcirúrgicos para realizar operações complexas e precisas em um intervalo muito pequeno.

Em uma microcirurgia clássica, o médico precisa usar um microscópio para explorar e encontrar vasos sanguíneos e nervos que tenham apenas um milímetro ou mesmo alguns décimos de milímetro e, em seguida, usar suturas medidas em mícrons e tão finas quanto a seda de uma aranha para reparar com precisão. e suture todos os vasos sanguíneos e nervos importantes.

Como o campo de visão da microcirurgia geralmente é de apenas 2 a 3 cm, qualquer leve tremor nas mãos do médico pode afetar diretamente o sucesso ou o fracasso da operação. Portanto, isso exige que a técnica do microcirurgião seja constante, precisa, precisa e habilidosa.

Atualmente, graças aos avanços nos microscópios e na instrumentação, os microcirurgiões são capazes de realizar supermicrocirurgias conectando vasos sanguíneos com diâmetros entre 0,3 e 0,8 milímetros.

Com base nas vantagens exclusivas da microcirurgia, ela tem sido amplamente utilizada em diversas especialidades cirúrgicas, incluindo oftalmologia, otorrinolaringologia, neurocirurgia, cirurgia plástica e urologia.

Apesar do rápido progresso, a microcirurgia tem limitações.

Primeiro, a probabilidade de cometer um erro ainda é alta. A microcirurgia requer extrema precisão, com pouca margem para erros, e mesmo o menor tremor pode causar danos desnecessários. Em tese precisamos evitar essas lesões, mas devido à complexidade da cirurgia ainda existem muitos desafios. Clinicamente, haverá diversas complicações e a proporção não é baixa. Os dados mostram que na cirurgia de peeling de membrana epirretiniana a incidência de complicações varia de 2% a 30%.

Em segundo lugar, a cirurgia a longo prazo pode facilmente trazer mais incerteza. Dependendo da condição do paciente, uma operação de microcirurgia pode durar de algumas horas a mais de dez horas, ou até mais de trinta horas. Portanto, cada operação é um desafio definitivo às habilidades e resistência do médico. Além do mais, isso pode causar fadiga e aumentar o risco de erros não intencionais.

Terceiro, é também o mais restritivo à prática clínica. A formação dos cirurgiões é difícil e demorada. Porque a microcirurgia requer altas habilidades cirúrgicas do cirurgião e requer treinamento extensivo antes que o cirurgião possa realizar tais operações clinicamente. Por um lado, exige talento e paciência dos médicos e, por outro, exige também formação a longo prazo. Um microcirurgião que pode realizar uma operação de reimplante de dedo decepado (uma técnica exclusiva da microcirurgia) geralmente requer 3 anos de treinamento, e todo o ciclo de treinamento pode levar mais de 10 anos.

Portanto, sob várias restrições, a comunidade médica global explorou a aplicação da tecnologia robótica em microcirurgia e desenvolveu vários sistemas de robôs microcirúrgicos (MSR).

O calor está ficando cada vez mais alto. O número de artigos relacionados à MSR publicados a cada ano de 2000 a 2022 foi obtido por meio de busca por diferentes palavras-chave no Google Scholar. Como pode ser visto na figura, o número de estudos relacionados com a MSR apresenta geralmente uma tendência ascendente.

Existem várias indicações de que o sistema MSR pode ter um grande impacto no campo da microcirurgia.

/ 02/ O surgimento contínuo de agentes de mudança

Com base nos pontos problemáticos profundos, muitas empresas em todo o mundo estão se concentrando neste campo, e muitas ideias técnicas diferentes surgiram durante o processo de exploração.

Um deles é o sistema de robô portátil.

Em sistemas robóticos portáteis, a própria ferramenta cirúrgica é modificada em um minúsculo sistema robótico denominado “ferramenta robótica”. Os cirurgiões o manipulam para realizar procedimentos cirúrgicos. As ferramentas robóticas fornecem funções como cancelamento de tremor, bloqueio de profundidade, etc., por isso também são chamadas de "mãos firmes".

"Micron" é um exemplo típico. Seu núcleo é sentir seu próprio movimento por meio de um manipulador portátil e filtrar seletivamente movimentos errôneos, como tremores nas mãos. O robô então gera um movimento estável na ponta da ferramenta através da compensação ativa de erros. O robô Micron é fácil de operar, equipado com braços que seguram instrumentos microcirúrgicos reais que cabem facilmente em suportes e são compatíveis com microscópios cirúrgicos tradicionais.

Em segundo lugar, o sistema robótico de controle remoto.

Em um sistema robótico teleoperado, o cirurgião manipula o módulo mestre para controlar o módulo escravo, que substitui as mãos do cirurgião para manipular os instrumentos cirúrgicos. O sistema integra escala de movimento e filtragem de tremores por meio de servoalgoritmos. Além disso, permite a percepção tridimensional integrando feedback tátil ou algoritmos de detecção de profundidade na extremidade dos instrumentos cirúrgicos.

Um exemplo típico é o "Sistema Cirúrgico Preceyes", que consiste em um computador, controladores de movimento de entrada, manipuladores de instrumentos e um apoio de cabeça montado na mesa cirúrgica. Projetado para desempenho ideal, o sistema possui ligações de paralelogramo e contrapesos ajustáveis ​​que fornecem RCM mecânico, proteção contra falta de energia e torque de junta minimizado. O PSS usa escala dinâmica para converter movimento grosseiro em movimento preciso de quatro eixos da ponta do instrumento. Além disso, utiliza limites de distância baseados em OCT para evitar movimentos não intencionais e incorpora filtragem de tremor para reduzir trauma retiniano iatrogênico. Outros recursos incluem feedback tátil, troca automática de instrumento, feedback auditivo próximo à retina e um mecanismo de retração aprimorado para remoção imediata da sonda em caso de acidente. Esses recursos aumentam a precisão e a segurança e reduzem o risco de danos acidentais aos tecidos.

Terceiro, sistemas robóticos operados em conjunto.

Num sistema robótico co-manipulado, o cirurgião e o robô manipulam simultaneamente as ferramentas cirúrgicas. O cirurgião manipula diretamente os instrumentos cirúrgicos manualmente para controlar o movimento, e o robô desempenha um papel de apoio, fornecendo compensação auxiliar para tremores nas mãos e permitindo que os instrumentos cirúrgicos fiquem imobilizados por longos períodos de tempo.

O robô de cirurgia ocular DiShi Weifeng da DiShi Medical é um exemplo típico. Neste sistema cirúrgico, a mão mestre é o médico e a mão escrava é o robô, que se movimenta de acordo com a intenção do médico. Todo o processo de injeção é dividido em várias etapas. Primeiro, o médico controla o gimbal do robô para posicionamento extraocular, depois o posicionamento intraocular e, em seguida, controla a alça para aproximar gradualmente a extremidade da área da lesão retiniana. Caso seja necessário injetar drogas na posição sub-retiniana, o robô permanece imóvel e as mãos humanas não intervêm mais, o que leva cerca de 3 minutos. Tomemos como exemplo a injeção de 200 microlitros de solução medicinal. O robô injeta lentamente. Durante o processo, o médico só precisa monitorar o tempo, a velocidade e a vazão e, em seguida, evacuar o olho após a injeção. sempre sob supervisão do médico, e a tomada de decisão também é do médico Do.

Quarto, sistemas robóticos parcialmente automatizados.

Em um sistema robótico parcialmente automatizado, procedimentos específicos ou etapas processuais são executados automaticamente pelo robô. O robô manipula e controla diretamente o movimento das ferramentas cirúrgicas. As informações da imagem processada são fornecidas ao robô como feedback e orientação. As informações visuais são transmitidas simultaneamente ao cirurgião, que pode fornecer comandos de cancelamento a qualquer momento para supervisionar cirurgias parcialmente automatizadas.

Neste domínio, o sistema "IRISS" é um exemplo típico. Com base no sistema "IRISS", o cirurgião opera remotamente o manipulador escravo através de um par de controladores mestres personalizados e obtém informações visuais observando o feedback visual 3D intraoperatório através de um monitor head-up. Além disso, o sistema fornece recursos de filtragem de tremores e escala de movimento para melhorar o desempenho de controle e a segurança em cirurgia robótica. O desempenho do IRISS foi verificado em olhos de porco isolados, e os cirurgiões realizaram com sucesso uma série de cirurgias vitreorretinianas usando o IRISS, incluindo capsectomia anterior do cristalino, vitrectomia, canulação da veia retiniana e outras cirurgias complexas.

Porém, embora existam muitos players explorando, objetivamente falando, a maioria das empresas ainda está na fase inicial de exploração. Portanto, a explosão neste campo ainda precisa aguardar a chegada do momento de singularidade.

/ 03/ Esperando por um momento de singularidade

Antes que estas inovações tecnológicas possam triunfar, uma série de problemas complexos devem ser resolvidos.

Primeiro, precisamos de uma abordagem interdisciplinar para resolver eficazmente problemas nos domínios clínico e de engenharia. Embora o posicionamento lógico da função seja muito claro - posicionamento preciso e prevenção de jitter - o hardware apropriado precisa ser desenvolvido primeiro. Esta não é uma tarefa fácil. Por exemplo, alguns robôs podem exigir funções que nenhum braço robótico existente pode atender a requisitos de tão alta precisão. Portanto, precisamos partir do básico e projetar de forma totalmente independente, incluindo a construção do sistema de controle e o projeto de toda a estrutura mecânica.

Ao mesmo tempo, o processo de montagem destas peças de alta precisão para atender aos requisitos de uso clínico também é bastante complicado. Por exemplo, a DiShi Medical mencionou que quando o olho esquerdo necessita de cirurgia, a máquina é colocada à esquerda; quando o olho direito necessita de cirurgia, o protótipo é colocado à direita; Na prática, os robôs móveis complicam a situação. O desafio é que o curso de movimento do robô aumenta uma distância interpupilar. Embora seja apenas alguns centímetros, a mudança na estrutura mecânica provoca uma mudança no peso e a carga correspondente no motor também muda... Muitos componentes principais e mecânicos. as estruturas precisam ser redesenhadas.

Em segundo lugar, o design do robô deve atender às condições operacionais do médico. Os robôs não existem isoladamente. A compreensão profunda das necessidades e dos pontos problemáticos dos médicos é uma questão fundamental de conhecimento. Portanto, as empresas precisam de recursos médicos abundantes. Durante todo o processo de desenvolvimento, os engenheiros profissionais devem trabalhar em estreita colaboração com os cirurgiões para completar algumas funções que não atendem às necessidades clínicas. padrões relevantes para dispositivos médicos e ter a capacidade de iterar continuamente.

Mesmo que o desenvolvimento do produto seja bem-sucedido, a comercialização subsequente envolverá muitas questões, como a formação dos médicos. Fundamentalmente falando, os robôs podem encurtar o processo de formação de médicos, por exemplo, de 10 para 5 anos. Mas ainda há muito trabalho a ser feito para ganhar a confiança dos médicos e dos pacientes.

No geral, o desempenho do produto é “1”, enquanto questões como educação médica são “0”. Atualmente, a principal tarefa dos robôs microcirúrgicos é resolver o problema “1”, e só então eles poderão ser qualificados para falar sobre o acúmulo de múltiplos “0”.