| Einführung |
Seit Beginn der Roboterchirurgie träumen Pioniere und Forscher davon, Operationen über große Entfernungen durchzuführen. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts begannen die NASA und das US-Militär mit der Erforschung der Entwicklung neuer Technologien für Chirurgen abseits gefährlicher Umgebungen [1].
Erste Fortschritte bei teleoperierten Systemen führten 1985 zum Roboter PUMA 200 für CT-gesteuerte Gehirnbiopsien [2]. Ein großer Durchbruch gelang mit dem ZEUS-Robotersystem, das 1998 für die Allgemeinchirurgie zugelassen wurde [2]. Die Entwicklung wurde fortgesetzt und im Jahr 2000 wurde das Da Vinci Surgical System (Intuitive Surgical, Sunnyvale, CA) auf den Markt gebracht [2].
Fortschritte in der Technologie haben den Weg für die Einbeziehung der Telemedizin in die Chirurgie geebnet. Diese Fortschritte begannen mit der Telepräsenz, bei der der entfernte Einsatzort auf natürliche Weise dargestellt wird, was zu einem Gefühl der Präsenz führt [3]. Die Forschung bewies weiterhin die Wirksamkeit von Telementoring, bei dem ein erfahrener Chirurg einen Auszubildenden mithilfe von Telekommunikationstechnologie durch einen Eingriff „führen“ kann [4].
Im Vergleich zu Telepräsenz und Telementoring schließlich handelt es sich bei der Remote-Telechirurgie um die Operation eines primären Chirurgen an einem Patienten, der sich in einiger Entfernung befindet. Obwohl die grundlegenden Hardwareelemente für die Ferntelechirurgie vorhanden sind, steckt der klinische Bereich der Fernchirurgie noch in den Kinderschuhen. Diese systematische Übersicht konzentriert sich auf veröffentlichte Anwendungen der Ferntelechirurgie beim Menschen.
| Methoden |
Es wurde eine systematische Überprüfung der gesamten verfügbaren englischsprachigen Literatur durchgeführt, um klinische Erfahrungen mit der Ferntelechirurgie am Menschen zu bewerten. PubMed, EMbase, Inspec & Compendex und Web of Science wurden am 2. August 2021 konsultiert und nach Artikeln mit den Schlüsselwörtern gesucht: Telesurgery , Remote Telesurgery , Long-Distance Surgery . Ferngespräche) und Telerobotik (Telerobotik).
Für die Auswahl der Artikel wurden folgende Einschlusskriterien herangezogen:
(1) Die Probanden in den Fällen mussten Menschen sein (lebende Patienten oder Leichen);
(2) der operierende Chirurg und der Patient mussten sich an unterschiedlichen Orten befinden, die mehr als einen Kilometer voneinander entfernt waren;
(3) dieser externe Arzt musste der primäre Chirurg des Falles sein; und
(4) der Artikel musste ausdrücklich auf die Verwendung einer Fern-Telerobotik-Technik hinweisen.
Folgende Ausschlusskriterien wurden verwendet:
(1) Artikel, die ausschließlich Tierversuche enthielten; und
(2) Artikel, die sich auf Telepräsenz oder Telementoring konzentrierten.
In diese Studie wurden keine systematischen Übersichten oder Metaanalysen einbezogen. Artikeltitel und Abstracts wurden anhand der Einschlusskriterien auf Relevanz überprüft. Die Referenzen jedes Artikels wurden überprüft, um relevante Studien zu finden und als geeignet erachtete Artikel zu identifizieren, und die Volltextmanuskripte wurden überprüft. Zwei Autoren überprüften jeden Artikel in jeder Phase unabhängig voneinander und Meinungsverschiedenheiten wurden durch gegenseitige Diskussion gelöst.
| Ergebnisse |
Die erste Datenbanksuche ergab nach dem Entfernen von Duplikaten 2339 Artikel. Zwei Gutachter identifizierten unabhängig voneinander 24 Artikel, die möglicherweise die Einschlusskriterien erfüllten, und diese wurden dann im Volltext durchsucht.
Sechzehn Artikel wurden aufgrund fehlender Originalinhalte, mangelnder Konzentration auf experimentelle Verfahren oder der Nähe des primären Chirurgen zum Patientenstandort ausgeschlossen . Acht Artikel aus den Jahren 2001 bis 2020 qualifizierten sich für die Aufnahme in die systematische Überprüfung.
Der erste Artikel stammt aus dem Jahr 2001, als Bauer et al. beschrieben ein Nierenzugangsverfahren, bei dem sich der operierende Chirurg in Baltimore, Maryland, befand, während sich der Patient mehr als 7000 Kilometer entfernt in Rom, Italien, aufhielt [5]. Mit einem PAKY-Roboter ( perkutaner Zugang zur Niere ), der an eine einfache alte Telefonleitung angeschlossen war, konnten sie in weniger als 20 Minuten erfolgreich einen perkutanen Zugang erhalten. Die Signallatenz wurde nicht gemessen oder gemeldet.
Im Jahr 2002 stellten Marescaux et al. berichteten über die erste robotergestützte transatlantische laparoskopische Cholezystektomie in einem Fall, der als „Lindberg-Operation“ bekannt ist [6]. Der operierende Chirurg und das chirurgische Robotersystem (ZEUS, Computer Motion, Kalifornien) waren über ein terrestrisches Hochgeschwindigkeits-Glasfasernetzwerk (France Telecom/Equant) verbunden. Mit einer Entfernung von etwa 14.000 km handelt es sich um den längsten veröffentlichten chirurgischen Eingriff, und es wurde eine Gesamtzeitverzögerung von 155 ms angegeben. Der Eingriff wurde in 54 Minuten ohne Komplikationen abgeschlossen.
Im Jahr 2005 stellten Anvari et al. untersuchten die Rolle der telerobotischen Fernchirurgie in 21 Fällen, die zwischen der McMaster University, Hamilton, Ontario , und dem North Bay General Hospital , Nord-Ontario, Kanada, durchgeführt wurden [7]. Die Chirurgen führten diese laparoskopischen Operationen zwischen Februar und Dezember 2003 mit dem Mikrogelenksystem ZEUS TS (Computer Motion, Kalifornien) durch, das mit einem virtuellen privaten Netzwerk-Internetprotokoll verbunden war. Die Hin- und Rücklaufzeit variierte zwischen 135 und 140 ms und es kam zu keinen größeren intraoperativen Komplikationen.
Anvari berichtete später über 22 weitere Fälle, die im selben Netzwerk zwischen der McMaster University und dem Northern Ontario General Hospital auftraten . Die berichtete Zeitverzögerung lag zwischen 135 und 150 ms, es wurde jedoch festgestellt, dass eine Latenz über 200 ms vom Chirurgen eine langsamere Fahrt erfordert, um ein Überschwingen zu vermeiden[8].
Tian et al. beschrieb den Einsatz telerobotischer Fernchirurgie in der Kardiologie. Die Gruppe berichtete über fünf perkutane Koronararterieninterventionen mit telerobotischer Unterstützung, die in einer Entfernung von 32 km durchgeführt wurden [10]. Mit einem CorPath GRX-Robotersystem (Corindus Robotics, Waltham, MA, USA) wurden die Eingriffe ohne Komplikationen durchgeführt, mit einer beobachteten Zeitverzögerung von 53 ms.
In den letzten beiden Artikeln dieser Rezension ging es um eine Verbindung über 5G-Netze. Tian et al. Sie waren mit einem 5G-Netzwerk verbunden (China Telecom und Huawei Technologies Co, Ltd.) und meldeten keine Netzwerkverzögerung oder intraoperative unerwünschte Ereignisse [11]. Acemoglu et al. führte einen lasermikrochirurgischen Eingriff an einer Leiche durch und verwendete dabei einen neuen chirurgischen Roboter, der mit dem 5G Radio Access Network verbunden war . Bei einer Entfernung von 15 km berichteten diese Autoren von einer maximalen Hin- und Rückfahrtlatenz von 280 ms [13].
| Diskussion |
Die telerobotische Fernchirurgie steckt zwar schon vor mehr als zwei Jahrzehnten als Pionierarbeit, steckt aber immer noch in den Kinderschuhen.
Bedenken hinsichtlich Sicherheit, Kosten und Latenz haben das Wachstum und die Verbreitung der Telechirurgie aus der Ferne eingeschränkt. Frühere Übersichten haben den Status der Roboterchirurgie, ihre Einführung in allen chirurgischen Fachgebieten und ihren potenziellen Einsatz in abgelegenen chirurgischen Umgebungen bewertet, aber keine hat sich auf rein klinische Anwendungen konzentriert [3,13]. Einschließlich der drei Manuskripte, die seit diesen zeitgenössischen Rezensionen veröffentlicht wurden, fanden die Autoren nur acht von Experten begutachtete Artikel, in denen insgesamt 73 Fälle telerobotischer Chirurgie berichtet wurden.
Für die menschliche Telechirurgie wurden verschiedene Roboterplattformen eingesetzt. Die am häufigsten veröffentlichte Erfahrung stammt von der Zeus-Plattform. So allgegenwärtig die Da-Vinci-Plattform derzeit im klinischen Einsatz ist, sie wurde noch nicht für die Telechirurgie am Menschen aus der Ferne eingesetzt.
Es wurden verschiedene Signalkommunikationsmethoden eingesetzt, und der jüngste Trend geht hin zur Verwendung eines 5G-Netzwerks. Die Bemühungen zur Beschreibung technischer Methoden nach der historischen Operation Lindberg waren wertvoll [14], aber es bleibt eine große Chance, moderne Kommunikationsmethoden zu beschreiben, zu optimieren und zu standardisieren. Interessanterweise wurde in diesem Test die höchste Signallatenz (280 ms) gemeldet, wenn ein 5G-Netzwerk über eine Entfernung von 15 km genutzt wurde.
Das 5G-Netzwerk ist eine komplexe Reihe von Datentransaktionen zwischen lokalen Geräten und nationalen Telekommunikationsdienstleistern. Letztendlich hängen Durchsatz und Latenz vom schwächsten Teil der Transaktionskette zwischen dem lokalen und dem Remote-Standort ab. Da es sich bei 5G um ein Datenübertragungsprotokoll mit kurzer Reichweite handelt, ist die Infrastruktur zur Realisierung eines vollständigen 5G-Netzwerks über ein großes geografisches Gebiet enorm und daher wäre die Realisierung eines Netzwerks über größere Entfernungen, das ausschließlich mit 5G betrieben wird, unrealistisch. kurzfristig als Dienstleistung; Anbieter würden Verkehrswege stets über ältere Infrastruktur erzwingen.
Darüber hinaus haben Dienstanbieter die volle Kontrolle über die Bandbreitenzuteilung, und obwohl in der Regel Prioritätsstufen zugewiesen werden, um die verfügbare Bandbreite für den gesamten Datenverkehr aufzuteilen (z. B. militärische Netzwerke haben eine hohe Priorität, während private Netzwerke eine niedrige Priorität haben), werden diese Prioritäten von der Regierung und jedem Telekommunikationsanbieter ausgehandelt , und ein ähnliches Engagement für die Prioritäten der Telemedizin würde einen erheblichen nationalen Druck auf Telekommunikationsunternehmen bedeuten. Mittlerweile könnte man sich vorstellen, dass man einfach keine so konstant stabile Übertragung hätte, was zu größeren Latenzen und einer Variabilität dieser Latenzen führen würde.
Es ist allgemein bekannt, dass Latenz zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Aufgabenleistung führt. Es besteht jedoch kein Konsens darüber, wie hoch die Signallatenz bei telerobotischen Operationen aus der Ferne sicher oder akzeptabel sein sollte. Es gibt mehr Fehler und Aufgaben dauern länger, wenn Chirurgen unter verzögerten Bedingungen arbeiten [15,20]. Latenzen unter 200 ms mögen ideal sein [21], es wurde jedoch über eine Verschlechterung bei 135 ms [22] und sogar bei Zeitverzögerungen von nur 50 ms berichtet [23,24].
Obwohl über erfolgreiche robotergestützte Telechirurgie mit einer Latenzzeit von 450 bis 900 ms berichtet wurde [17], ist eine Operation mit einer Latenzzeit von mehr als 700 ms möglicherweise nicht durchführbar [21,25]. Über die Arbeit an grundlegenden Modellen chirurgischer Aufgaben hinaus [20] besteht die Notwendigkeit, die Leistung mit klinisch relevanteren Aufgaben der Roboterchirurgie über Zeitverzögerungen zu analysieren. Leider wird die Latenz in der präklinischen und klinischen Telechirurgie-Literatur nicht gut beschrieben.
Zukünftige Studien sollten erkennen, dass die Signallatenz nicht statisch ist und sich im Verlauf eines Eingriffs ändert. Die meisten Veröffentlichungen zur Telechirurgie messen nur die mittlere/durchschnittliche Signallatenz. Die Varianz oder das Ausmaß der Verzögerungszeitschwankungen wird nie erwähnt, ebenso wenig wie ihre Auswirkung auf eine Operation.
Im Jahr 2003 betonten Butner und Ghodoussi, dass „da menschliches Leben auf dem Spiel steht, Fragen im Zusammenhang mit Sicherheit, Fehlererkennung und ausfallsicherem Betrieb von großer Bedeutung“ in der Roboter-Telechirurgie sind. [14]. Sicherheit steht in direktem Zusammenhang mit Signallatenzproblemen und die Autoren glauben, dass sie das Haupthindernis für das Wachstum der Ferntelechirurgie darstellt.
Haptisches Feedback [26], prädiktive Augmented-Reality-Anzeige [27] und kompensatorische Bewegungsskalierung [20] haben in experimentellen Modellen gezeigt, dass sie die chirurgische Leistung verbessern, es gibt jedoch nur wenige Arbeiten zur Bekämpfung der Latenz. das Signal. Bisher gibt es keine klinischen Studien zur telerobotischen Fernchirurgie, in denen potenziell sichere Eingriffe getestet wurden.
Es gibt mehrere weitere wesentliche Hindernisse für die Ferntelechirurgie, die eine sorgfältige Betrachtung verdienen, aber nicht Gegenstand dieser Arbeit sind. Dazu gehören beispielsweise Herausforderungen bei der Lokalisierung und Kartierung sowie der Optimierung der Signalübertragung. Auch der Genehmigungsprozess für robotergestützte Telechirurgie-Technologien muss noch definiert werden, da es sich um einen neuen Bereich handelt.
Zukünftige Arbeiten in der Ferntelechirurgie sind erforderlich, um Latenzparameter besser zu verstehen und Technologien zur Gewährleistung der Sicherheit zu entwickeln und zu testen. Über diesen obligatorischen Maßstab für Sicherheit hinaus gibt es noch viel zu tun in den Bereichen Chirurgen- und Geräteschulung, Kosten- und Wertmanagement, Risikominderung und medizinisch-rechtliche Bereiche.
Bei Fernstudien zur Telechirurgie sollten transparente und ehrliche Methoden befolgt werden. Es gibt einige Richtlinien der Society of American Gastrointestinal and Endoscopic Surgeons (SAGES), die empfehlen, telerobotische Chirurgie unter strenger Aufsicht des Institutional Review Board und mit sorgfältiger Planung und Methodik durchzuführen [28].
Die Autoren hoffen, dass diese Zusammenfassung der aktuellen Erfahrungen in der klinischen Telechirurgie und die Diskussion wichtiger Einschränkungen und technischer Überlegungen die Dynamik in diesem spannenden Forschungsgebiet steigern werden. Millionen zukünftiger Patienten werden von den erweiterten Möglichkeiten der Roboterchirurgie profitieren.
| Schlussfolgerungen |
Ferngesteuerte telerobotische Chirurgie ist eine lang erwartete, aber noch im Entstehen begriffene Fähigkeit. Es liegen Berichte vor, die diese neue Technologie zeigen und ermutigende Ergebnisse liefern. Bisher wurden jedoch in keiner der Arbeiten Anstrengungen zur Bekämpfung der Signallatenz unternommen, und hohe Sicherheit bleibt ein wichtiger und noch unerprobter Maßstab.
Für zukünftige Studien zur ferngesteuerten Roboterchirurgie ist ein zurückhaltender Ansatz erforderlich, um deren Potenzial auszuschöpfen und bestehende Fragen zur Sicherheit und Durchführbarkeit angemessen zu beantworten. Qualitätsstudien, die diese Einschränkungen berücksichtigen, können die robotergestützte chirurgische Praxis voranbringen und weitreichende Auswirkungen auf mehrere chirurgische Fachgebiete haben.
