di Liu Hao | Che non ci siano più interventi chirurgici difficili nel mondo

"I robot hanno liberato in larga misura il cervello delle persone, liberandole dalle operazioni tecniche e dall'identificazione delle malattie, consentendo loro di concentrarsi maggiormente su come curare le malattie".

Liu Hao

Shenyang Institute of Automation, Accademia cinese delle scienze

Negli ultimi 15 anni ho perseguito un obiettivo: rendere la chirurgia più facile da eseguire nel mondo.

Logicamente parlando, questo è qualcosa che un medico dovrebbe cercare di fare. In realtà, ciò che faccio è strettamente correlato a quello dei medici. Fin da bambino ho sempre avuto un grande rispetto per la professione di medico. Sono nato con una grave anemia. Si può dire che la mia vita mi è stata donata da mia madre, ma è stata salvata dal medico. Credo che molte persone possano avere esperienze simili.

Intorno al 1997, quando frequentavo il liceo, c'era una serie televisiva molto popolare chiamata "Red Cross Parade", che raccontava le esperienze di crescita dei medici militari. Ne fui profondamente toccato e in quel momento volli iscrivermi alla Quarta Università Medica Militare.

Il peccato è che ho saltato la visita medica e non sono diventato medico. Penso che questo potrebbe aver segnato un cambiamento nel corso della mia vita.

Ma per coincidenza, quando ero al terzo anno all'Harbin Institute of Technology, il mio mentore, il professor Wang Shuguo, mi fece conoscere i robot chirurgici. Da quel momento in poi ho iniziato ad avere più contatti con la professione medica, in particolare con alcuni chirurghi che eseguono interventi chirurgici.

Come appare la chirurgia nella mente delle persone? Potrebbe esserci una certa comprensione di base. Se guardiamo la cosa dal punto di vista del paziente, possiamo facilmente capire che un intervento chirurgico dovrebbe essere molto doloroso, ma in realtà è difficile per noi comprendere che tipo di psicologia abbia il medico nel profondo.

Dopo aver avuto più contatti con i medici, abbiamo scoperto che questa professione in realtà richiede di sopportare una pressione psicologica enorme.

Durante un intervento chirurgico, il medico deve essere molto concentrato e nervoso.

Anche alla fine dell'operazione era molto devastato.

Poiché questa operazione (pancreaticoduodenectomia) è molto difficile da eseguire, soprattutto alcuni interventi chirurgici, un piccolo errore può causare un'emorragia vascolare; un'emorragia più grave può poi mettere in pericolo la vita del paziente in qualsiasi momento.

In un simile contesto, i medici hanno la responsabilità della vita e della salute delle persone.

Pancreaticoduodenectomia

Si tratta di un intervento molto famoso, che può essere considerato il massimo della chirurgia generale.

Come si può vedere dal video, i vasi sanguigni devono essere recisi strato per strato, alcuni tessuti devono essere tagliati via e poi i vasi sanguigni recisi devono essere nuovamente anastomizzati. L'operazione coinvolge quattro organi, verranno utilizzati alternativamente più di 30 strumenti e la durata dell'operazione è di 8-10 ore.

Sono rimasto davvero scioccato quando ho sentito per la prima volta il medico spiegarmi questa operazione. In realtà avevo un altro pensiero in mente. Forse sono stato fortunato a non diventare medico fin dall'inizio, perché un'operazione del genere è davvero molto complicata e va oltre la mia immaginazione.

In seguito, man mano che entravo in contatto con operazioni più complesse, ho iniziato a chiedermi se i robot chirurgici potessero risolvere questi problemi. Fortunatamente, la tecnologia dei robot chirurgici si è sviluppata notevolmente e molti di essi possono essere utilizzati nella pratica clinica.

Robot chirurgici immaginari

In effetti, quando sono entrato in contatto per la prima volta con il mondo dei robot chirurgici, questa è stata l'impressione che ho avuto dei robot chirurgici.

Ma in realtà, al momento, i robot chirurgici sono influenzati da vari fattori, come il luogo dell'intervento e la natura dell'operazione, e le loro tipologie sono varie e diversificate. Finora sono diversi i robot chirurgici impiegati in ambito clinico o nella ricerca, che spaziano dai capelli alle dita dei piedi.

Esistono anche differenze significative nelle tipologie di questi robot chirurgici. Ad esempio, il robot chirurgico per la chirurgia addominale utilizza un endoscopio molto sottile da inserire nell'addome e poi utilizza pinze chirurgiche e forbici per eseguire interventi chirurgici sui tessuti molli.

I robot ortopedici utilizzano strumenti come trapani e smerigliatrici per manipolare tessuti duri come le ossa.

Esistono molti tipi di robot chirurgici, ognuno dei quali svolge un ruolo specifico. Cosa ci porteranno? Possiamo immaginarlo intuitivamente. Possiamo facilmente paragonare i robot chirurgici agli esseri umani. I robot chirurgici hanno mani e occhi.

Ad esempio, le mani di un robot chirurgico non tremano. Qualche anno fa, se volevi diventare chirurgo ma soffrivi di tremori incontrollabili alle mani, anche se non gravi quanto quelli dei pazienti affetti dal morbo di Parkinson, non avevi praticamente alcuna possibilità di ottenere questo lavoro.

Ad esempio, i robot chirurgici possono ridurre di molto le operazioni manuali eseguite dagli esseri umani e possono eseguire suture molto precise su vasi sanguigni piccoli appena due o tre millimetri.

Inoltre, il robot chirurgico non si stancherà né andrà in sciopero e potrà mantenere operazioni chirurgiche molto stabili per lungo tempo. Questi sono i vantaggi basilari che i robot chirurgici possono offrirci.

Ma forse ci preoccupiamo di più di ciò che il robot chirurgico apporta ai pazienti sul tavolo operatorio? Che aiuto ha portato al medico? Utilizza questi tre brevi racconti per introdurre ciò che i robot chirurgici ci hanno portato.

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Mettere le "mani" nella cavità addominale per operazioni delicate

La prima storia è che qualche anno fa ho incontrato il professor Zhang Zhongtao, un famoso chirurgo esperto presso il Beijing Friendship Hospital, e lui mi ha parlato del processo di sviluppo della chirurgia.

Escalation della chirurgia addominale

Nei primi tempi, i medici aprivano direttamente il torace e l'addome del paziente ed eseguivano l'intervento chirurgico in ambiente aperto. Questo tipo di intervento era in realtà piuttosto semplice.

Sebbene questo metodo ottenga gli stessi effetti della chirurgia, non tiene conto della qualità della vita del paziente e lascia cicatrici molto lunghe sul suo corpo.

Negli anni '80 è emersa la chirurgia laparoscopica. Consiste nel praticare un piccolo foro spesso da quattro a cinque dita nella cavità addominale di un essere umano e poi nell'inserire al suo interno un sottile endoscopio e degli strumenti chirurgici per eseguire un intervento chirurgico minimamente invasivo.

Dopo l'operazione, il paziente avrà quattro o cinque piccole cicatrici sul corpo.

Grazie alle tecnologie più recenti, inseriamo tutti gli strumenti chirurgici nella cavità addominale umana attraverso una finestra e dopo l'operazione non rimangono cicatrici. Infatti, sfrutta la cicatrice naturale dell'ombelico umano.

Alcune giovani donne ritengono che il loro ombelico non sia bello e per questo motivo potrebbero sottoporsi a un intervento di chirurgia estetica per poter indossare abiti che lo mettano in mostra. Grazie a questa nuova tecnologia, possiamo eseguire un intervento di chirurgia estetica sull'ombelico.

Durante questo processo, le cicatrici diventano sempre meno evidenti e il risultato è perfetto per il paziente. Ma per i medici è esattamente il contrario: il livello di difficoltà dei suoi interventi è aumentato a un livello molto alto.

Questa è la scena di un intervento chirurgico a porta singola. Immaginate che quando inseriamo molti strumenti ed endoscopi nella cavità addominale attraverso un unico foro, il funzionamento di questi strumenti entrerà inevitabilmente in conflitto.

Durante l'intervento chirurgico, quando il medico utilizza la pinza, il suo movimento esterno e il movimento della pinza sono esattamente opposti e lo strumento chirurgico stesso è molto rigido, il che causerà conflitti tra gli strumenti chirurgici, rendendo l'operazione molto lunga.

Abbiamo bisogno di un robot chirurgico dotato di diverse mani.

Abbiamo pensato a molti progetti e fatto molti tentativi, e alla fine abbiamo pensato di imparare da una creatura della natura. È una prelibatezza. A Pechino c'è una strada specializzata in questa prelibatezza: i gamberi.

La forma del gambero è molto bella perché i suoi occhi e le sue due mani formano un termine molto professionale in chirurgia chiamato triangolo chirurgico. Quando le persone eseguono un intervento chirurgico, aprono anche le mani e guardano con gli occhi. Solo con una tale relazione triangolare l'intervento può essere eseguito bene.

I nostri strumenti derivano dalle caratteristiche di questa creatura. Strutturalmente sono molto simili, hanno due mani e due occhi. Inoltre, le mani e gli occhi possono deformarsi e muoversi in modo molto flessibile e libero, il che soddisfa i nostri requisiti chirurgici.

Innanzitutto, i suoi gradi di libertà sono sufficienti, con 6-7 gradi di deformazione flessibile, che ha raggiunto la destrezza di un braccio umano, e la sua precisione operativa può raggiungere il livello millimetrico, il che soddisfa i requisiti dei medici per l'esecuzione di interventi chirurgici delicati.

Abbiamo appena ripristinato l'operazione chirurgica sull'uomo. In realtà, l'impiego dei robot chirurgici comporta un altro problema. La sensazione di forza che provavamo in origine quando usavamo un bisturi per tagliare i tessuti è andata perduta. Per questo motivo abbiamo sviluppato un piccolo sensore integrato nella parte anteriore dello strumento chirurgico, con una precisione fino a millinewton.

Questa risoluzione va ben oltre la percezione umana. Abbiamo anche sviluppato apparecchiature di interazione uomo-computer che consentono alle persone di sperimentare questa sensazione di forza durante l'uso. In questo modo abbiamo ripristinato il movimento delle mani e il senso della forza delle persone.

Questo è un video del nostro esperimento sulla forza. Possiamo vedere le forze operative in tutte le direzioni e possiamo raccoglierle tutte.

Naturalmente abbiamo realizzato anche dei video molto interessanti. Questo è un esperimento sulla sutura della buccia dell'uva. L'operazione è molto delicata. La buccia dell'uva è molto sottile e la polpa è molto morbida. Dopo la sutura, l'uva è ancora intatta.

Questo video è ancora più interessante. Questa è stata l'idea di uno dei miei studenti di dottorato. Pensò che, poiché quello strumento chirurgico derivava da una creatura simile al gambero, beh, allora bisognava combattere. Lo strumento chirurgico abbracciò e lanciò il gambero.

Il gambero potrebbe essere molto turbato. Anche se il processo di ricerca è duro e noioso, in realtà ci sono molte cose interessanti. Se si desidera impegnarsi in questa ricerca, questa è anche una buona prova del fatto che possiamo ancora provare parte del divertimento che il processo di ricerca ci regala.

Naturalmente lo sperimenteremo sugli animali prima dell'effettivo utilizzo clinico. Questa è una foto del primo esperimento sugli animali. Durante l'operazione, il medico ha provato deliberatamente a utilizzare la leva operatoria e ha effettivamente ritenuto che l'operazione fosse molto abile, il che ha risolto il problema del conflitto tra gli strumenti menzionato in precedenza.

La storia sopra citata ci ha portato a pensare che i robot siano estensioni delle mani umane, il che equivale a mettere le mani umane nella cavità addominale per eseguire operazioni molto delicate. Anche con un'operazione così abile, non è ancora sufficiente.

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“Vedere” l’area della lesione

La seconda storia è che qualche anno fa sono andato ad assistere a un intervento chirurgico eseguito da un robot. All'epoca il paziente aveva un nodulo polmonare. Prima dell'operazione, il medico ha utilizzato un colorante per tracciare un cerchio attorno al nodulo sul corpo del paziente.

Tuttavia, durante l'operazione, questi segni andarono persi. Alla fine, nonostante la sua grande esperienza, il medico riuscì a trovare i segni con grande difficoltà.

Ciò riflette un problema: anche se le tue mani sono molto abili, se i tuoi occhi non riescono a vedere le lesioni sotto la superficie del tessuto, non potrai comunque eseguire bene l'intervento e l'operazione sarà comunque difficile.

La differenza tra il corpo umano nei libri e nell'occhio umano

A sinistra c'è quello che si vede nei libri di testo. I tessuti e gli organi umani sono suddivisi in modo molto netto e il sangue ha un colore. Sulla destra c'è l'immagine che vede il medico. Tutti i tessuti e gli organi sono ammassati insieme, rendendo impossibile distinguere i vasi sanguigni dalle lesioni.

Con il progresso della tecnologia, si sono registrati anche alcuni progressi nei robot chirurgici. Come mostrato nell'immagine, viene utilizzato un metodo di colorazione e l'immagine viene raccolta tramite imaging fluorescente, in modo che il robot chirurgico possa vedere dove si trova la lesione.

Ecco un video dell'asportazione del tumore. Durante l'operazione possiamo vedere chiaramente dove è necessario intervenire chirurgicamente.

Naturalmente esiste un'altra tecnologia: la realtà aumentata. Prima dell'intervento chirurgico, possiamo diagnosticare alcune lesioni tramite TC ed ecografia, visualizzarle in tre dimensioni e individuare i tessuti malati, tra cui alcuni vasi sanguigni, sull'immagine tridimensionale, per poi sovrapporli al nostro processo chirurgico.

Ciò consente al robot di sapere dove è possibile e dove non è possibile eseguire un intervento chirurgico e di evitare aree funzionali e ad altissimo rischio, come vasi sanguigni e nervi. La robotica è un'estensione dell'occhio umano.

Con il miglioramento delle mani e degli occhi, penseremo naturalmente al miglioramento dell'intelligenza e del QI dei robot.

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"Liberare" il cervello per i medici

Esame endoscopico

La terza storia riguarda l'esame endoscopico. L'esame endoscopico consiste nell'inserire uno specchio lungo la cavità addominale per verificare la presenza di tumori o polipi in fase iniziale, consentendo così una diagnosi e un trattamento precoci. Immagina di avere un tubo inserito nel tuo corpo: sarebbe molto doloroso.

Questa è la foto di un paziente sottoposto a intervento endoscopico. In realtà la persona sdraiata lì sono io. Sono molto sano e non ho problemi all'apparato digerente. Lo facciamo perché abbiamo una partnership con l'Ospedale generale dell'Esercito popolare di liberazione della Cina.

I medici volevano che realizzassimo un robot chirurgico per sostituirli o assisterli nella diagnosi e nel trattamento. Ho superato la mia paura e mi sono dedicato alla ricerca scientifica per realizzare questo robot. Ci sono stati momenti in cui ero nervoso e volevo tirarmi indietro, ma ho comunque perseverato.

Successivamente, comunicando con il medico, ci ha detto che, in effetti, durante il processo di intervento endoscopico, l'operazione del medico deve passare attraverso una cavità tortuosa e il suo cervello deve anche pensare a come operare per evitare una trazione eccessiva sul tessuto.

Allo stesso tempo, deve anche prestare attenzione a varie malattie, che si manifestano in forme diverse, come quelle mostrate in queste immagini, per cui il suo cervello è molto impegnato.

Con questa analisi abbiamo svolto alcune ricerche. Da un lato, speriamo di realizzare un robot chirurgico in grado di rendere l'operazione facile e semplice come un gioco.

D'altro canto, speriamo di aggiungere metodi di intelligenza artificiale al processo di acquisizione endoscopica, in modo che possa identificare autonomamente quali sono le lesioni e fornire ai medici alcuni suggerimenti. Ciò ridurrà la difficoltà dell'intervento del medico e gli renderà il compito più semplice.

Era dicembre 2017. Abbiamo eseguito per la prima volta l'endoscopia digestiva nel corpo umano. Per i medici è stato molto facile, hanno eseguito l'intervento endoscopico come se fosse un gioco. Durante l'intervento, abbiamo costantemente monitorato l'entità della forza esercitata tra l'endoscopio e il tessuto umano, per garantire la sicurezza dell'operazione.

Con queste tecnologie, ci chiediamo naturalmente se possiamo lasciare che siano i robot a fare queste cose da soli.

Il video mostra uno dei nostri tentativi, che ha avuto molto successo. Il robot può spostarsi dalla bocca umana al duodeno basandosi su immagini, percezione della forza e movimento. Naturalmente questo viene fatto nel modello.

Con questo esempio, ciò che voglio trasmettere è che i robot hanno liberato in larga misura il cervello umano, liberando la sua energia dalle operazioni tecniche e dall'identificazione delle malattie, consentendogli di concentrarsi maggiormente su come curare le malattie.

Questi sono i tre aspetti che voglio trasmettere: i robot sono un'estensione delle mani umane, un'espansione degli occhi e una liberazione del cervello.

Il problema è che molti dei miei amici medici mi hanno duramente condannato, dicendo che stavo distruggendo il loro lavoro. In realtà mi sento piuttosto offeso. Se ci pensiamo attentamente, quello che vogliamo fare è eliminare la necessità di interventi chirurgici difficili nel mondo, non eliminare la necessità dei medici.

Poiché le malattie devono comunque essere curate dai medici, i robot chirurgici rappresentano solo un valido strumento ausiliario per i medici. Grazie al progresso della tecnologia, ora è possibile eseguire anche alcuni degli interventi chirurgici più difficili.

Ad esempio, in caso di difficoltà nello spazio e nel tempo, come nel caso del primo soccorso per i soldati di guardia all'isola, le operazioni possono essere estese sulla scena utilizzando la tecnologia robotica e gli interventi chirurgici possono essere completati con precisione fin dal primo momento. Allora porterà anche un aiuto positivo e significativo alla nostra salute.

I medici sono sempre in piedi alla reception, in una corsa contro il tempo per salvare vite e salute.

Non sono soli su questa strada, anche noi siamo con loro, perché proteggere la vita e la salute umana è ciò che desideriamo e amiamo, ed è la nostra missione comune.

Gli articoli e i discorsi rappresentano solo il punto di vista dell'autore e non rappresentano la posizione del Gezhi Lundao Forum.

"Gezhi Lundao", precedentemente noto come "SELF Gezhi Lundao", è un forum scientifico e culturale lanciato dall'Accademia cinese delle scienze. È co-organizzato dal Computer Network Information Center dell'Accademia cinese delle scienze e dall'Ufficio per la comunicazione scientifica dell'Accademia cinese delle scienze, e ospitato dalla China Science Popularization Expo. Ci impegniamo nella diffusione transfrontaliera di idee straordinarie e miriamo a esplorare lo sviluppo della scienza e della tecnologia, dell'istruzione, della vita e del futuro nello spirito di "investigare le cose e cercare la conoscenza".