Le parole "chirurgia" e "robotica" presentano un'analogia etimologica. Chirurgia è operatività con le mani (radici: chein, mano, e ergon, lavoro, in greco). L’etimologia di robot è legata alla parola slava con radice raboti, cioè lavoro. La robotica esiste come integrazione scientifica di meccanica, elettronica, informatica, sensoristica, controllistica. La chirurgia utilizza anche l'elaborazione delle immagini, la visione endoscopica e l'uso di strumenti ed apparecchi tecnologicamente diversi dai tradizionali. La chirurgia laparoscopica per prima ha coinvolto il chirurgo in un ambiente nuovo, con un'immagine del campo operatorio non solo reale ma anche virtuale. Il monitor riporta l'immagine vista dalla endocamera, inserita nel corpo del paziente. Di fatto, lo sviluppo di importanti innovazioni tecnologiche nei settori della robotica, elettronica ed Information Technology
sta cambiando profondamente la professione del medico. Nel campo della robotica ad esempio sono stati sviluppati sistemi in grado di sostituire quasi completamente le funzionalità di un arto in caso di amputazione, sistemi di realtà virtuale in grado di simulare interventi chirurgici per il training e sistemi come il “Da Vinci”41(Figura 27).
Figura 27: Robot Da Vinci
(fonte: web site www.intuitivesurgical.com)
Da qualche anno, l’interesse della comunità scientifica si sta orientando verso le applicazioni di sistemi di realtà virtuale in grado di simulare interventi chirurgici per il training dei medici. In questo contesto assumono una particolare importanza le problematiche proprie della chirurgia mini-invasiva o laparoscopica, dove le metodologie di addestramento sono molto diverse da quelle tradizionali. Infatti, in questo settore, le relazioni percettivo/motorie con cui il chirurgo si deve confrontare sono molto diverse dal semplice coordinamento tra manipolazione e percezione visiva della chirurgia tradizionale. Il sito da operare non è visto direttamente ma tramite un sistema di visione che in generale altera la percezione visiva. La manipolabilità degli strumenti è ridotta a causa delle cannule che guidano e vincolano gli strumenti laparoscopici. Le sensazioni tattili, la percezione della temperatura, dell’elasticità dei tessuti e l’importantissima retroazione di forza si riducono sensibilmente.
41 Distribuito in Italia dalla AbMEDICA.
Questa drastica riduzione delle capacità percettive e motorie in laparoscopia rende mandatoria una fase di addestramento che non può solo essere eseguita in sala operatoria ma deve affidarsi a tecnologie di simulazione. A causa della sua natura profondamente interdisciplinare, la ricerca in questa area è molto complessa e richiede una stretta collaborazione fra esperti appartenenti ad aree molto diverse, quali la medicina, la robotica, l’elettronica, etc.
Le leggi sulla sicurezza nell'Unione Europea stanno diventando obbligatorie. Dal 1995 è obbligatoria anche una certificazione di garanzia su macchine e sistemi, a protezione sia dell'utilizzatore sia del costruttore, affermata nella Direttiva Macchine.
Oggi il criterio del calcolo del rischio usa dati quantitativi più validi dei vecchi criteri di sicurezza assoluta. Il valore numerico più utilizzato è l'MTBF (Mean Time Between Failure), cioè il tempo medio intercorrente tra due guasti. In base a questo valore si può definire la sicurezza di un sistema. Se tale tempo medio è fortemente superiore alla vita della macchina, allora il sistema offre una sua sicurezza intrinseca. Il sistema chirurgico può accettare questo criterio che nasce dalla cultura ingegneristica. Ne consegue che l'ingegneria, e la robotica in particolare, devono ottenere con chiarezza dalla medicina le richieste relative alle applicazioni possibili, nelle quali si deve provvedere alla sicurezza al massimo livello.
Il robot è adatto nei casi in cui le funzioni da eseguirsi richiedono:
1. abbreviazione della durata di alcune fasi elementari, che esigono precisione e accuratezza;
2. esecuzione di compiti elementari, con controllo a distanza del processo automatico.
La chirurgia è opera anche di manualità e nessun robot per ora riesce a simulare la destrezza e flessibilità della mano umana del chirurgo. L'impiego degli strumenti più sofisticati, come avviene in chirurgia video-endoscopica, e di robot, come è avvenuto recentemente, permette un'applicazione di tecnologie nuove in operazioni che restano per molti aspetti di tipo tradizionale.
La chirurgia robotica è nata dall'applicazione di robot industriali per operazioni, ove è richiesta una grande precisione di posizionamento ed una bassa capacità manuale. Per gli attuali robot si hanno programmi che non sono in grado di gestire le variazioni delle condizioni operatorie, salvo di fronte alle emergenze: in tale caso il robot si arresta e si sposta dal campo operatorio, lasciando via libera all'assistente chirurgo per l'intervento. Si tratta, quindi, di un servizio di assistenza al chirurgo.
Le prospettive della chirurgia robotica sono molto aperte, se si stabiliranno le regole di comportamento dei robot, accettati dai Comitati Etici degli Ospedali, e contemporaneamente, se si affideranno ad una "carta tecnica" del robot le sue certificazioni di affidabilità, confortate da opportune serie di prove sperimentali. Inoltre, è necessario preavvisare il paziente sul tipo di intervento che sarà reso necessario ed, insieme con il suo consenso, avere anche la sua cooperazione, qualora l'operazione avvenga in anestesia parziale, perché il robot rappresenta una struttura in movimento e, quindi, può inquietare il paziente sotto operazione.
La ricchezza della robotica, intesa come scienza di assistenza alla chirurgia, è dovuta alla ripetibilità delle esecuzioni, alla loro precisione, alla loro assoluta documentabilità, su nastro magnetico o su dischetto. Un secondo aspetto riguarda le possibilità tecnologiche attuali, offerte dalle comunicazioni via cavo, con satellite, via telefono, con modem, via ISDN (con reti a fibre ottiche). Mezzi multipli di comunicazione supportati da centrali di ascolto e di intervento stanno rendendo possibile una gestione informatica della cura del paziente, con trasmissione di dati, di immagini, di voce e di segnali, per diagnosi e terapia. Migliora la tecnologia dell'elaborazione delle immagini mediche, fornite da macchine per tomografia, a risonanza magnetica nucleare, ad effetto Doppler, ad ultrasuoni, con laser a scansione. La telecomunicazione del software permette l'invio di procedure di analisi di immagini e di dati clinici mediante reti Internet, che possono usare normali calcolatori da studio e ufficio. Sta diventando sempre più reale il mondo come città unica, collegata da comunicazioni ipermediali. La telechirurgia offre prospettive che implicitamente sono più impressionanti, poiché la comunicazione a distanza delle informazioni e dei dati, dei segnali e delle immagini, e anche dei comandi digitali dei robot, viaggia ora su fibre ottiche, su reti ISDN e ATM che trasferiscono sequenze di dati in tempi estremamente brevi, legati alla velocità della luce. La telecomunicazione e la telematica trascinano con grande impeto i settori della telemanipolazione. I telemanipolatori per le applicazioni nucleari sono sistemi a controllo remoto, con distanze tra operatore e manipolatore di alcune decine di metri. La distanza è cresciuta con i primi telerobot per lo spazio: decine di migliaia di chilometri separano le stazioni a terra dai sistemi robotici spaziali.
Per la chirurgia telerobotica, destrezza e precisione devono essere massime: protagonista è il paziente uomo e, di conseguenza, ogni prestazione della macchina deve essere dotata della massima affidabilità e qualità scientifica e tecnica. È cambiata la strategia nella telerobotica medica e chirurgica: un robot, che opera sul paziente, richiede sempre un assistente esperto nella zona operatoria, per intervenire in caso di emergenza.
Il nuovo vantaggio è che le telecomunicazioni permettono di unire più medici in una rete integrata: ognuno di essi, davanti al proprio terminale, può comunicare con gli altri, e chiedere di agire mediante il robot. La stazione operatoria può essere collocata in ogni parte del mondo, purché raggiungibile con una antenna satellitare, o con un semplice terminale telefonico a fibre ottiche. I dati e le immagini possono essere condivise, anche le opinioni possono essere scambiate, a costi accettabili.
La telechirurgia permette quindi un intervento a distanza. Le capacità della telerobotica chirurgica dipendono sempre più dalla struttura del robot e dalla flessibilità del software.