Roboty chirurgiczne i przyszłość medycyny

Jednym z najprężniej rozwijających się działów robotyki są dziś roboty chirurgiczne – pisze Bartosz KABAŁA

.Niedawno na Marsie wylądował łazik Perseverance, którego zadaniem jest zbadanie planety w poszukiwaniu oznak życia. Całość operacji, ze względu na odległość, nie była kontrolowana przez naukowców i inżynierów z Ziemi, ale wcześniej zaprogramowana i wykonana przez roboty już na miejscu. Dlatego etap lądowania był tak kluczowy. Wszystko odbywało się automatycznie i nie było szansy, by zareagować na błędy. Po trzymających w napięciu ostatnich minutach podróży Perseverance bezpiecznie wylądował i już kilka godzin później wysłał pierwsze zdjęcia, panoramę i nagranie dźwiękowe z powierzchni Czerwonej Planety.

Ale roboty wykonujące niezwykle skomplikowane procedury to nie tylko kwestia eksploracji kosmosu. Niezwykle spektakularne maszyny współdziałają z człowiekiem na co dzień. Jednym z najprężniej rozwijających się działów robotyki są dziś roboty chirurgiczne.

Z punktu widzenia medycyny ta gałąź chirurgii jest zupełnie młoda. Pierwsze roboty współpracujące z lekarzami w salach operacyjnych pojawiły się w latach 80. XX wieku. Przełomowy był rok 1985. Zaprezentowano wówczas dwie maszyny. Były to Arthrobot w Vancouver i PROBOT w Londynie. Patrząc z dzisiejszej perspektywy, można powiedzieć, że oba były prostymi konstrukcjami. Pierwszy z nich był właściwie elementem stołu chirurgicznego, służącym ortopedzie do ustawienia nóg pacjenta w dogodnej dla operującego pozycji. Co ciekawe, robot odbierał komendy głosowe chirurga i do nich dostosowywał ustawienia. Z kolei brytyjski PROBOT znalazł zastosowanie w urologii. W przypadku łagodnego przerostu prostaty wykonywana jest często przezcewkowa resekcja stercza, której jednym z etapów jest wielokrotne cięcie tego narządu. Właśnie w tych powtarzalnych ruchach robot znalazł zastosowanie. Po odpowiednim dla pacjenta i sytuacji klinicznej zaprogramowaniu maszyny robot wykonywał zabieg.

Jednak pierwszym robotem zatwierdzonym przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA) był ROBODOC. W niczym nie przypominał Robocopa, do którego nawiązali twórcy, nazywając swojego robota. Zbudowany z potężnego ramienia z przymocowanym ostrzem i kilku sensorów służył do wykrawania w kości otworów określonej wielkości w celu zamontowania protezy. Urządzenie otrzymało oprogramowanie, które przed każdym zabiegiem należało dostosować do pacjenta.

Choć roboty sprawnie wykonywały za chirurga pewne elementy operacji, to problemem mogły być różnice między pacjentami i sytuacjami klinicznymi.

Trudnością w uprawianiu medycyny jest ogromna przypadkowość i zmienność. Wśród pacjentów zmagających się z tą samą chorobą nie będzie łatwo znaleźć dwóch identycznych przypadków.

Kolejne projekty zmieniły nieco reguły. Roboty nie miały zastąpić lekarza, ale być udogodnieniem, wspomagać i eliminować ludzkie niedoskonałości. Zatem to chirurg miał sterować robotem, którego precyzja i pewność ruchu zapewniałyby sprawne operowanie. To również nadaje robotowi tak istotną elastyczność, którą posiada człowiek reagujący na zmiany sytuacji.

Pierwszym manipulatorem, jak nazywa się czasem te roboty chirurgiczne, był ZEUS. Siedzący za konsolą chirurg mógł precyzyjnie sterować kilkoma ramionami robota, a także endoskopową kamerą, która reagowała na polecenia głosowe. Za jego pomocą odtworzono ciągłość jajowodu i wykonano pomostowanie aortalno-wieńcowe (tzw. by-passy). Również z użyciem ZEUS-a dokonano w 2001 roku pierwszej operacji na odległość. Zespół francuskich lekarzy pod kierownictwem prof. Jacques’a Marescaux usunął 68-letniej pacjentce pęcherzyk żółciowy. Lekarze znajdowali się w Nowym Jorku, a pacjentka leżała na drugim brzegu Atlantyku, w Strasbourgu. Z tego powodu przełomowy zabieg nazywa się operacją Lindbergha, od nazwiska amerykańskiego pilota, który jako pierwszy samotnie pokonał samolotem ocean.

Roboty medyczne i chirurgia na odległość (telechirurgia) zainteresowały również amerykańską armię. Skoro można zoperować kogoś za pomocą urządzenia oddalonego od chirurga o dowolną odległość, to znajdzie to zastosowanie na polu walki. Bezpieczny chirurg będzie w stanie uratować rannych żołnierzy znacznie szybciej. Dlatego w rozwój nowej technologii włączyła się amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności (szerzej znana pod skrótem DARPA). Dzięki znacznemu transferowi gotówki i połączeniu kilku oddzielnych projektów powstał nowszy i bardziej udoskonalony robot chirurgiczny o nazwie da Vinci, który w krótkim czasie prawie całkowicie zdominował tę dziedzinę. Na całym świecie działa dziś 5,3 tys. robotów da Vinci, z czego 11 w Polsce. Od początku istnienia tych maszyn zoperowano z ich wykorzystaniem ponad 7 milionów pacjentów, a w samym 2019 roku 1,25 miliona. W Polsce w 2019 roku liczba takich operacji wyniosła 900.

Wśród innych tego typu wynalazków warto wymienić polskiego robota Robin Heart, którego ciągle udoskonalane wersje powstają od 2000 roku. Tworzony przez Fundację Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religii przy współpracy Politechniki Łódzkiej i Warszawskiej robot chirurgiczny działa na podobnej zasadzie co ZEUS i da Vinci. Lekarz zza konsoli kontroluje ruchy robotycznych ramion. Pierwsze testy na zwierzętach miały miejsce w 2009 roku w Centrum Medycyny Doświadczalnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego, a ich wyniki były bardzo obiecujące.

Lista zabiegów, które można wykonać za pomocą robota chirurgicznego, jest imponująca. Od zabiegów na sercu, przez przewód pokarmowy i operacje kręgosłupa, aż do zabiegów urologicznych i ginekologicznych. Światowy rynek robotów medycznych wyceniany był w 2018 roku na ponad 2 miliardy dolarów, a szacuje się, że ta kwota w 2026 roku wzrośnie do 10 miliardów. I to jest bardziej ostrożna prognoza – niektóre raporty mówią nawet o wzroście w 2025 roku do 26 miliardów dolarów.

Według analizy firm PMR i Upper Finance tylko w Polsce rynek warty w 2019 roku 92 miliony złotych ma wzrosnąć do 900 milionów już za 3 lata.

W obliczu pandemii SARS-CoV-2, która na początku 2020 roku całkowicie sparaliżowała pracę wielu szpitali, a później wciąż utrudniała normalny bieg spraw, roboty medyczne mogą stać się jeszcze istotniejszym elementem terapii. Wiele planowych operacji było odwoływanych ze względu na ryzyko infekcji zarówno u chirurga i zespołu medycznego, jak i pacjenta. A przecież człowiek nie raz wysyłał maszyny w trudno dostępne i niebezpieczne miejsca, jak choćby robota Nereus, który w 2009 roku dotarł do głębi Challengera, najgłębszego punktu Rowu Mariańskiego. Już teraz roboty pozwalają na przeprowadzenie operacji na bezpieczną odległość i ograniczenie liczby personelu w sali. Jak piszą autorzy artykułu The rise of robots in surgical environments during COVID-19 opublikowanym w „Nature Machine Intelligence”, „chirurgia wspomagana przez robota pozwoli zmniejszyć ryzyko zakażenia, ale idealna byłaby zdalna, bezdotykowa chirurgia robotyczna, wykonywana przy obecności w sali operacyjnej jedynie pacjenta”.

W obecnej sytuacji zastąpienie człowieka robotem na każdym etapie procesu terapeutycznego, od przyjęcia pacjenta do szpitala aż do opieki pooperacyjnej, pozwoli zapewnić bezpieczeństwo zarówno choremu, jak i personelowi. Jako przykład autorzy podają pierwszy potwierdzony przypadek koronawirusa w Stanach Zjednoczonych. Chory leżał w specjalnie przygotowanej sali, oddanej do użytku w trakcie kryzysu związanego z wirusem ebola. Do pacjenta w ramach codziennych wizyt przyjeżdżał robot zaopatrzony w mikrofon, głośnik, kamery, a nawet stetoskop.

Sens istnienia takich technologii w dobie pandemii nie podlega dyskusji. Jeśli jest możliwość zapewnienia choremu opieki zdrowotnej przy zachowaniu bezpieczeństwa, to warto z niej korzystać. Ale wątpliwości pojawiały się jeszcze w „czasie pokoju”.

Rozwój branży robotów chirurgicznych przebiega bardzo gwałtownie. Roboty stają się coraz popularniejsze, mimo że ich przewaga nad operacją tradycyjną lub laparoskopową nie została jasno określona. W 2018 roku w prestiżowym czasopiśmie medycznym „New England Journal of Medicine” opublikowana została praca, w której naukowcy porównali dwie grupy pacjentek z rakiem szyjki macicy na wczesnym etapie rozwoju. W takiej sytuacji radykalne usunięcie macicy daje duże szanse na całkowite wyleczenie. Jedna z grup operowana była technikami małoinwazyjnymi (chirurgia laparoskopowa i chirurgia robotyczna), a druga metodami klasycznymi, z tzw. „otwarciem brzucha”, i to właśnie w tej pierwszej grupie wskaźniki przeżycia wolnego od choroby (czyli totalnym usunięciu nowotworu) i całkowitego przeżycia były niższe. Między innymi w związku z tą pracą FDA wydała komunikat ostrzegający pacjentów przed niektórymi zabiegami wykonywanymi za pomocą robotów chirurgicznych, podkreślając, że żadna robotyczna metoda operacyjnego leczenia nowotworów nie została przez agencję zatwierdzona.

Okazuje się, że badania nie potwierdzają wyższej skuteczności niektórych operacji robotycznych niż skuteczność powszechnych zabiegów laparoskopowych i tradycyjnej chirurgii. Było tak w przypadku usunięcia pęcherzyka żółciowego, plastyki przepukliny pachwinowej czy usunięcia fragmentu jelita grubego. Przykład dotyczący raka szyjki macicy pokazuje, że osiągane wyniki mogą być nawet gorsze. Pomimo braku dowodów na przewagę operacji robotycznych według amerykańskich analiz stanowiły one w 2015 roku nieco ponad 15 proc. wszystkich wykonywanych zabiegów. To budzi niepokój niektórych naukowców. A w grę w chodzą również pieniądze. Koszt jednej operacji z wykorzystaniem robota jest o 25 proc. wyższy od zwykłej operacji laparoskopowej. Drogie są eksploatacja sprzętu, wymiana narzędzi i same roboty, których cena to kilka milionów dolarów.

Badania w wielu przypadkach nie potwierdzają zakładanej przewagi robota nad laparoskopem czy klasycznymi narzędziami chirurgicznymi. Zatem w tym przypadku rezultaty operacji zależą głównie od sprawności chirurga, a nie sprzętu i metody. Ale co się stanie, jeśli do sprawnych i precyzyjnych ramion robotycznych dołączymy równie sztuczny ośrodek decyzyjny i całkowicie wyeliminujemy ludzki element? Próby zabiegów z całkowicie autonomicznymi robotami również już się odbyły. W 2016 roku powstał system nazwany Smart Tissue Autonomous Robot (STAR), który przy wykorzystaniu odpowiednich znaczników fluorescencyjnych z niezwykłą precyzją zakładał szwy, łącząc szczelnie dwa odcinki jelita. Ponadludzkie zdolności robota, według naukowców pracujących nad STAR-em, pozwolą zwiększyć efektywność, wyniki i dostępność bardzo specjalistycznych zabiegów. Według doniesień takie połączenie dwóch fragmentów jelita wytrzymuje ciśnienie dwukrotnie wyższe niż stworzone ludzką ręką.

.Nauka pędzi w szalonym tempie. Kwestią czasu jest już zaprzęgnięcie do wykonywania zabiegów sztucznej inteligencji, która z wykorzystaniem rosnących baz pełnych danych z operacji wykonanych przez chirurgów z użyciem robotów szybko nauczy się sama podejmować decyzje i przeprowadzać procedurę od samego początku do końca. To jednak przysparza wielu problemów etycznych i prawnych. Kto będzie winny powikłań lub błędów? Jaki kompas moralny zostanie „wgrany” robotowi? Jak robot zachowa się w sytuacji krytycznej? Poza tym kto chciałby, żeby jego chirurg był podatny na ataki hakerskie i kradzież poufnych danych, a tak może być, jeśli chirurgiem stanie się robot.

Bartosz Kabała