Wetenschappers van de Universiteit Leeds zeggen een doorbraak te hebben bereikt in het ontwikkelen van semi-autonome colonoscopie, waarbij een robot een medisch hulpmiddel in het lichaam leidt. Dit betekent dat een intelligent robotsysteem instrumenten naar precieze locaties in het lichaam kan leiden om biopsieën te nemen of om inwendige weefsels te laten onderzoeken.
Er zou volgens de onderzoekers nog steeds een arts of verpleegkundige aanwezig zijn om klinische beslissingen te nemen, maar de veeleisende taak van het manipuleren van het apparaat wordt overgedragen aan een robotsysteem.
12 jaar onderzoek
De nieuwste bevindingen – ‘De toekomst van colonoscopie mogelijk maken met intelligente en autonome magnetische manipulatie’ – is het resultaat van 12 jaar onderzoek door een internationaal team van wetenschappers onder leiding van de Universiteit van Leeds. Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Machine Intelligence. Patiëntproeven zullen volgend jaar of begin 2022 beginnen.
Kanker
Pietro Valdastri, hoogleraar robotica en autonome systemen aan Leeds, begeleidt het onderzoek. Hij zei: “Colonoscopie geeft artsen een kijkje in de wereld die diep in het menselijk lichaam verborgen is, en het speelt een cruciale rol bij de screening van ziekten zoals colorectale kanker. Maar de technologie is al decennia lang relatief onveranderd gebleven.
Minder pijnlijk
“Wat we hebben ontwikkeld is een systeem dat voor artsen of verpleegkundigen gemakkelijker te opereren is en minder pijnlijk is voor patiënten. Het markeert een belangrijke stap in de richting van een veel ruimere beschikbaarheid van colonoscopie – essentieel als dikkedarmkanker vroegtijdig moet worden opgespoord. . ”
Omdat het systeem gemakkelijker te gebruiken is, hopen de wetenschappers dat hierdoor het aantal zorgverleners dat de procedure kan uitvoeren kan toenemen en dat de patiënt meer toegang krijgt tot colonoscopie.
Magneet
Een colonoscopie is een procedure om het rectum en de dikke darm te onderzoeken. Conventionele colonoscopie wordt uitgevoerd met een semi-flexibele buis die in de anus wordt ingebracht, een proces dat sommige patiënten zo pijnlijk vinden dat ze verdoofd moeten worden.Magnetische flexibele colonoscoop
Het onderzoeksteam heeft een kleiner, capsulevormig apparaat ontwikkeld dat aan een smalle kabel wordt vastgemaakt en in de anus wordt ingebracht en vervolgens op zijn plaats wordt geleid – niet door de arts of verpleegkundige die de colonoscoop duwt, maar door een magneet op een robotarm die over de patient.
Robotarm
De robotarm beweegt rond de patiënt terwijl deze de capsule manoeuvreert. Het systeem is gebaseerd op het principe dat magnetische krachten aantrekken en afstoten. De magneet aan de buitenkant van de patiënt werkt samen met kleine magneten in de capsule in het lichaam en navigeert deze door de dikke darm. De onderzoekers zeggen dat het minder pijnlijk zal zijn dan een conventionele colonoscopie.
Het besturen van de robotarm kan handmatig worden gedaan, maar het is een techniek die moeilijk onder de knie te krijgen is. Als reactie hierop hebben de onderzoekers verschillende niveaus van robotondersteuning ontwikkeld. Dit laatste onderzoek evalueerde hoe effectief de verschillende niveaus van robotondersteuning waren bij het helpen van niet-gespecialiseerd personeel om de procedure uit te voeren.
Niveaus van robotondersteuning:
- Directe robotbesturing. Hier heeft de operator directe controle over de robot via een joystick. In dit geval is er geen hulp.
- Intelligente bediening van de endoscoop. De operator concentreert zich op waar ze willen dat de capsule zich in de dikke darm bevindt, waardoor het robotsysteem de bewegingen van de robotarm berekent die nodig zijn om de capsule op zijn plaats te krijgen.
- Semi-autonome navigatie. Het robotsysteem navigeert autonoom de capsule door de dikke darm, met behulp van computervisie, hoewel dit door de operator kan worden opgeheven.
Tijdens een laboratoriumsimulatie werd aan 10 niet-deskundige medewerkers gevraagd om de capsule binnen 20 minuten op een punt in de dikke darm te krijgen. Ze deden dat vijf keer, met behulp van de drie verschillende niveaus van assistentie.
Met behulp van directe robotbesturing hadden de deelnemers een slagingspercentage van 58%. Dat steeg tot 96% met behulp van intelligente endoscoop-teleoperatie – en 100% met semi-autonome navigatie.
Verdoofde varkens
In de volgende fase van het experiment werd aan twee deelnemers gevraagd om een conventionele colonoscoop in de dikke darm van twee verdoofde varkens te navigeren – en vervolgens de taak te herhalen met het magneetgestuurde robotsysteem met behulp van de verschillende ondersteuningsniveaus. Een dierenarts was aanwezig om ervoor te zorgen dat de dieren geen schade opliepen. De deelnemers werden gescoord op de NASA Task Load Index, een maatstaf voor hoe belastend een taak was, zowel fysiek als mentaal.
De NASA Task Load Index onthulde dat ze het gemakkelijker vonden om de colonoscoop met robotondersteuning te bedienen. Een gevoel van frustratie was een belangrijke factor bij het bedienen van de conventionele colonoscoop en waarbij deelnemers directe controle hadden over de robot.
Uitdaging
James Martin, een PhD-onderzoeker van de Universiteit van Leeds die het onderzoek mede leidde, zei: “Het bedienen van de robotarm is een uitdaging. Het is niet erg intuïtief en dat heeft een rem gezet op de ontwikkeling van magnetische flexibele colonoscopen.
“Maar we hebben voor de eerste keer aangetoond dat het mogelijk is om die functie over te dragen aan het robotsysteem, zodat de operator moet nadenken over de klinische taak die hij uitvoert – en het maakt een meetbaar verschil in menselijke prestaties.”
Longen
De technieken die zijn ontwikkeld om colonoscopieonderzoeken uit te voeren, kunnen worden toegepast op andere endoscopische hulpmiddelen, zoals die welke worden gebruikt om het bovenste spijsverteringskanaal of de longen te inspecteren.
Dr. Bruno Scaglioni, een postdoctoraal onderzoeker in Leeds en co-leider van de studie, voegde toe: “Robot-geassisteerde colonoscopie heeft het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop de procedure wordt uitgevoerd. Het betekent dat mensen die het onderzoek uitvoeren geen experts hoeven te zijn. bij het manipuleren van het apparaat.
“Dat zal hopelijk de techniek breder beschikbaar maken, waar het zou kunnen worden aangeboden in klinieken en gezondheidscentra in plaats van in ziekenhuizen.”
Beeld: University of Leeds
