Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Robotické endoskopy dnes a zítra

Dosud bylo vyvinuto nebo je vyvíjeno několik typů robotických endoskopů, přičemž některé jsou určené pro složité endoskopické procedury, zatímco jiné jsou čistě diagnostické. Stále však existuje několik problémů, které je třeba vyřešit. Patří sem zejména schopnost robotu se pohybovat, schopnost ovládat robotickou paži a provedení klinických testů. Článek popisuje robotické endoskopy pro vyšetření tlustého střeva a další gastroenterologické procedury. 

Úvod

Podobně jako v případě roboticky asistované chirurgie jsou i pro endoskopii vyvíjeny roboty, aby překonaly omezení standardních diagnostických a terapeutických postupů. Hlavním cílem je zvýšit přesnost, účinnost, bezpečnost, spolehlivost endoskopických procedur a zdokonalit endoskopické intervence a oblast jejich využití. Očekává se, že během pěti let budou lékaři schopni použít robotickou endoskopii k odstranění prekancerózních lézí při kolonoskopii namísto doporučení pacientů na kolektomii1). Prozatím je pokrok patrný v oblastech, jako jsou obouruční robotické ovládání navigace založené na předoperačních skenech a rozpoznávání vzorů pro detekci abnormalit, např. polypů nebo lézí.

Základem technického i klinického výzkumu v této oblasti je mezioborová spolupráce inženýrů a lékařů. Využití robotických endoskopů při různých diagnostických a terapeutických procedurách je v podstatě neomezené. Robotický endoskop může vypočítat a přizpůsobovat tlak na stěny střeva, otáčet kameru dozadu o 180°, vybrat nejvhodnější osvětlení pro expozici pro určité léze atd. Navíc se mohou ze špičky endoskopu do operačního pole vynořovat různé operační nástroje, jako jsou disekční nástroje, uchopovače, spony, elektrokauterizační nástroje, smyčky či jehly, a pohybovat se ve třech rozměrech. V současné době jsou dostupné roboty schopné provádět polypektomii, mukosektomii (Endoscopic Mucosal Resection, EMR) a endoskopickou submukózní disekci (Endoscopic Submucosal Dissection, ESD)2), což jsou techniky, které by se mohly stát „zlatou“ standardní indikací pro robotické endoskopy. Další slibné oblasti využití robotických endoskopů zahrnují transluminální endoskopickou chirurgii přirozenými otvory (Natural Orifices Transluminal Endoscopic Surgery, NOTES) a bariatrickou endoskopii s gastrickou plikací3), kde je třeba triangulace a schopnost pohybu ve 3D.

Typy robotických endoskopů

Existují dva typy robotických endoskopů: robotické endoskopy, u nichž má robot na starost pohon vlastního endoskopu (robotic-driven endoscope locomotion), a endoskopy s robotickými chirurgickými nástroji (robotic-driven instrumentation of the endoscope). V tab. 1 jsou uvedeny robotické endoskopy obou typů a stav jejich vývoje. 

Endoskopy s vlastním robotickým pohonem

Do této skupiny spadají kolonoskop Aer-O-Scope, vyvinutý izraelskou společností GI View Ltd., Invendoscope, vyvinutý německou společností Invendo Medical GmbH (v roce 2017 ji koupila německá společnost Ambu), a endotický kolonoskop Endotics, vyvinutý italskou společností ERA Endoscopy SRL. 

Kolonoskop Aer-O-Scope

Aer-O-Scope je jednorázový kolonoskop s vlastním robotickým pohonem, který je primárně určen pro gastroenterologické kliniky a pro ambulantní vyšetření tlustého střeva (obr. 1; www.giview.com/). Zařízení je vybaveno dvěma kamerami, jednou pro čelní pohled a druhou pro panoramatický 360° pohled, elastickými balonky a 5,5mm multidutinovým polyuretanovým kabelem pro přivedení elektrického proudu, vzduchu, vody a odsávání. Po zavedení kolonoskopu se nafoukne balon u análního svěrače, aby se vytvořilo vzduchotěsné spojení se stěnou konečníku. Druhý balonek na špičce se nafoukne oxidem uhličitým, aby poskytoval odpružení, když kolonoskop klouže skrze tlusté střevo. Zařízení je poháněno prostřednictvím kladného rozdílu tlaků, který je vytvářen mezi čelním a prostředním balonem, dokud hrot nedorazí do slepého střeva, a záporného rozdílu tlaků při vytahování kolonoskopu. Celý proces je řízen počítačem, který měří tlak v tlustém střevě, jenž by neměl překročit 5,4 kPa (54 mbar). Zařízení je představeno na videozáznamu na https://youtu.be/nQkB6EWdxUo. Klinické testy prokázaly vysokou míru intubace (98,2 %), ale ve srovnání s konvenční kolonoskopií horší detekci polypů (87,5 %), včetně polypů větších než 5 mm. 

Invendoscope

Invendoscope je jednorázový kolonoskop o délce 170 cm a průměru 10 mm s pracovním kanálem 3,1 mm, který je řízen elektrohydraulicky pomocí akčních členů umístěných mimo tělo pacienta (obr. 2; www.ambu.com). Oproti klasickému mechanismu zavedení pracuje tento kolonoskop s elektrohydraulicky ovládaným vychylovacím hrotem, který lze ohýbat o až 180° ve všech směrech. K navigaci hrotu se používá ruční ovládací deska podobná joysticku. Díky pracovnímu kanálu 3,1 mm s poloměrem ohybu 35 mm lze tento kolonoskop připojit ke standardním endoskopickým zařízením a využívat běžné funkce jako oplach, odsávání a insuflace (zavádění plynu). Obrácený rukáv se během zavádění odvíjí, aby byla chráněna zaváděná část endoskopu. Při klinických testech Invendoskop vykazoval vynikající míru intubace (98,4 %) s bezpečnou resekcí polypů, nicméně pro další vyhodnocení účinnosti by byly nutné srovnávací studie s běžnou kolonoskopií. Výrobce však na svých webových stránkách nedávno oznámil, že nový Invendoscope SC210 již není samohybný, ale má stejné funkce jako standardní kolonoskop. Od běžných endoskopů se liší především kapesním počítačem (ovládací deska založená na joysticku), který se používá k řízení vychýlení hrotu v jakémkoliv směru a který lze k zařízení Invendoscope SC210 bez problémů připojit nebo ho od něj odpojit. 

Kolonoskop Endotics

Kolonoskop Endotics (www.endotics.com) je jednorázový kolonoskop, který napodobuje pohyby palců. Zařízení je vybaveno proximálními a distálními svorkami, které se připevňují k tlustému střevu a umožňují sekvenční ukotvení, a tedy schopnost pohybovat se. Kolonoskop se skládá z řiditelného hrotu s integrovanou kamerou, LED, flexibilního těla a speciální nádržky s elektropneumatickým konektorem. K dispozici je rovněž insuflační a odsávací kanál. Kolonoskop je připojen k externí pracovní stanici kabelem o průměru 7,5 mm a má 3mm pracovní kanál pro biopsii a polypektomii. Oficiální reklamní videoklip je k dispozici na https://youtu.be/P9CBB35oVgM. V klinických testech kolonoskop Endotics vykazovat v porovnání s klasickou kolonoskopií nižší míru intubace (27,5 % oproti 82,5 %) a také výrazně nižší míru detekce polypů. Naproti tomu pacien­tům poskytoval významně menší nepohodlí, žádný z pacientů nevyžadoval během vyšetření podávání sedativ. 

Endoskopy s robotickými chirurgickými nástroji

Co se týče endoskopů s robotickými chirurgickými nástroji, jsou ve hrotu uloženy různé operační nástroje, které se podle potřeby vynořují do operačního pole. Mezi robotem a hrotem endoskopu je vždy určitá vzdálenost, kudy vede trakční lanko a také několik kabelů. To ovšem má za následek určitou hysterezi způsobující zpoždění jednotlivých úkonů během operace. K omezení hystereze byly vyvinuty různé elektromechanické řídicí systémy, ale ty zatím nestačí zpoždění dostatečně kompenzovat. Současné robotické endoskopy s chirurgickými nástroji, které jsou již k dispozici nebo ve fázi vývoje, jsou reprezentovány platformou MASTER od singapurské společnosti ENDOMASTER Ptc., a systémem ISIS-Scope/STRAS, který je vyvíjen ve spolupráci německé společnosti Karl Storz a francouzské společnosti IRCAD. 

Robot Master

Robot Master se skládá z robotického ramena, které je ovládáno prostřednictvím trakčního kabelu, jenž integruje konvenční dvoukanálový endoskop a řídicí panel (obr. 4; www.endomastermedical.com). Dvoukanálový endoskop umožňuje použít různé nástroje s kabelovým spojením a má devět stupňů volnosti. Účinnost robotu Master při provádění ESD jícnu a žaludku, celostěnné resekce žaludku a resekce jater byla zatím prokázána při pokusech na zvířatech. Zpočátku měl robot Master určité problémy s interní výměnou nástrojů, ale nedávno uskutečněná vylepšení umožnila zlepšit integrované řízení, zpětnou haptickou vazbu, přesnost nastavení i celkovou výkonnost. Klinicky byl robot Master zatím testován pouze na pěti pacientech s časným stadiem žaludeční neoplázie a střední doba disekce byla 16 min (3 až 50 min) bez komplikací. Do budoucna nabízí robot Master velký klinický potenciál, zejména pro metody NOTES a bariatrické procedury. 

Systém ISIS-Scope/STRAS

Robotický systém STRAS typu master-slave je založen na terapeutické platformě ISIS-Scope a v podstatě jde o robotizovanou verzi systému Anubiscope (Karl-Storz Endoscope) s až deseti stupni volnosti. Tento robotický endoskop je řízen elektromechanicky pomocí externě řízených trakčních kanálů, přičemž systém je vybaven dvěma 4,2 mm kanály pro operativní nástroje a jedním pracovním kanálem 2,8 mm pro konvenční endoskopické nástroje. Jednotlivé nástroje lze v jedné ose posunovat a otáčet a otevírat a uzavírat koncový efektor. Průměr endoskopu je 18 mm a v současné době může být použit pouze pro procedury v dolním gastrointestinálním traktu. Hlavní ovládací modul má čtyřcestný vychylovací hrot, který lze posunovat a otáčet na nosném rámu. Délka ohybové části je 22 cm, přičemž na hrotu jsou čelisti k nastavení triangulace nástrojů. Hystereze je menší než u systému Anubiscope. Pracovní oblast před kamerou je soustředěna do 9cm operačního pole. Efektivita systému STRAS byla hodnocena v osmnácti rektálních procedurách ESD u osmi prasat, z toho dvanáct procedur ESD bylo úspěšně dokončeno. U dokončených zákroků, které byly řízeny intraoperativně, došlo ke dvěma perforacím a jednomu selhání systému. Průměrná velikost odebraných vzorků byla 18,2 ± ± 9,8 cm2 a průměrná celková doba postupu 73 ± 35,5 min. Nebylo zaznamenáno žádné krvácení. Systém STRAS je vhodný také pro jakoukoliv proceduru NOTES. V současné době se připravují klinické testy na lidech a čeká se na schválení CE. 

Závěr

Robotická endoskopie rychle získává na popularitě zejména s ohledem na možné zkrácení doby zákroku, zvýšení bezpečnosti a účinnosti procedur jako ESD, různých procedur NOTES nebo plikace žaludku. Stále se však nachází ve vývojové fázi, a přestože bylo vyvinuto mnoho robotických platforem, jen málo z nich se dostalo do fáze klinických zkoušek. Jejich existence je přesto důležitá, protože přináší nové poznatky a vytváří základ pro další generaci robotických endoskopů.

V tomto článku jsou popsány robotické endoskopy, které prošly klinickým testováním nebo jsou ve fázi klinického testování. Vývojáři se doposud zaměřovali na zlepšení manévrovatelnosti a volnosti pohybu, snížení hystereze a rozšíření operačních možností. Pro budoucí využití robotických endoskopů se uvažuje rovněž o zobrazení ve vysokém rozlišení, 3D vidění, pokročilé analýze obrazů, algoritmech pro 3D modelování, možnosti podávání léčiv endoskopem či využití laserů a ultrazvuku. Potenciál robotických endoskopů je obrovský. V budoucnu budou roboty bezpečným a nákladově efektivním způsobem pomáhat endoskopistům při provádění náročných procedur, jako jsou ESD, a zcela nových procedur NOTES, z nichž některé jsou zatím ve fázi snů a vizí. 

Literatura:

[1] BOŠKOVSKI, I. a G. COSTAMAGNA. Endoscopy robotic: Current and future applications. Japan Gastroenterological Endoscopy Society. Digestive Endoscopy. 2018, 31(2):119–124. DOI: 10.1111/den.13270.

[2] STATKIN, A. B., BURDICK, J. a W. GRUND­FEST. The Development of a Robotic Endoscope. In: Proceedings 1995 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Human Robot Interaction and Cooperative Robots. IEEE Comput. Soc. Press, 1995, 162–171. DOI: 10.1109/IROS.1995.526155.

[3] YEUNG, B. P. M. a P. W. Y. CHIU. Application of robotics in gastrointestinal endoscopy: A review. World J of Gastroenterology. 2016, 22(5): 1811–1825. DOI: 10.3748/wjg.v22.i5.1811.

[4] DOTINGA, R. Robotics will expand endoscopy’s vision and reach [online]. Frontline Medical Communications Inc., 8. 4. 2019 [cit. 2019-11-04]. Dostupné z: https://www.mdedge.com/gihepnews/article/198391/endoscopy/robotics-will-expand-endoscopys-vision-and-reach

 

Jaroslav Hrstka

Tab. 1. Robotické endoskopy

Název

Stav certifikace

Zkoušky
na zvířatech

Zkoušky
na lidech

Endoskopy s vlastním robotickým pohonem

Aer-O-Scope (GI View Ltd., Izrael)

CE, FDA

ano

ano

Invendoscope

(Invendo Medical GmbH, Německo)

CE, FDA

ano

ano

Endotics

(ERA Endoscopy SRL, Itálie)

CE

ano

ano

Endoskopy s robotickými chirurgickými nástroji

MASTER

(EndoMASTER Pte, Singapur)

probíhá

ano

ano

ISIS-Scope/STRAS system

(Karl Storz/IRCAD, Německo/Francie)

probíhá

ano

v plánu

 

Obr. 1. Kolonoskop Aer-O-Scope (https://youtu.be/nQkB6EWdxUo)

Obr. 2. Invendoskop SC200

Obr. 3. Kolonoskop Endotics (https://youtu.be/P9CBB35oVgM)

Obr. 4. Dvoukanálový endoskop a řídicí panel robotu Master (https://youtu.be/fGYck6H6Kb4)