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Erschienen in:

2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

Zukunftsnavigator Chirurgierobotik: Der Weg zur Ko-Operation zwischen menschlichen Experten und lernenden Maschinen

verfasst von : Martin Wagner, Beat Peter Müller-Stich, Franziska Mathis-Ullrich

Erschienen in: Zukunftsnavigator Deutschland

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Zweifelsohne hat die Nutzung von Telemanipulatoren und Robotersystemen in den letzten Jahren den chirurgischen Alltag verändert. Dieser Beitrag stellt vergangene und aktuelle Chirurgieroboter im klinischen Einsatz und in der Forschung dar. Basierend darauf werden zukünftige Entwicklungen sowie Herausforderungen für die Zukunft abgeleitet. Zunehmend werden nun steuerbare und flexible robotische Instrumente für die Chirurgie erforscht, die mit hoher Präzision durch den Körper navigiert werden. Unabhängig von ihrer Kinematik wird die nächste Generation von Chirurgierobotern aus medizinischen Daten lernen. So ebnet sich der Weg für kognitive Roboter, die ihre Umwelt wahrnehmen, von Chirurgen lernen sowie (teil-)autonom bei chirurgischen Schritten unterstützen können und damit ein echtes Ko-Operieren mit den menschlichen Chirurginnen ermöglichen. Diese neue Generation von Chirurgierobotik erfordert multidisziplinäre Kooperation unterschiedlicher Expertisen sowie die Ausbildung des klinischen und technischen Nachwuchses über ihre eigenen fachlichen Grenzen hinaus. Autonome Robotersysteme in der Chirurgie werden in Zukunft neue Fragen der Verantwortungsverteilung aufwerfen. Interdisziplinäre Kooperation und transparente Kommunikation mit allen Entscheidungsträgerinnen und Patienten ermöglichen, sowohl Risiken dieser neuartigen Systeme als auch ihr Potenzial für sicherere und effizientere Chirurgie unter gesellschaftlichen und ethischen Standpunkten für die Zukunft zu bewerten.

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Ahmed D, Baasch T, Jang B, Pane S, Dual J, Nelson BJ (2016) Artificial Swimmers Propelled by Acoustically Activated Flagella. Nano Lett 16(8):4968–4974. https://doi.org/https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b01601CrossRef

Awad E, Dsouza S, Kim R, Schulz J, Henrich J, Shariff A, Bonnefon J-F, Rahwan I (2018) The Moral Machine experiment. Nature 563(7729):59–64. https://doi.org/https://doi.org/10.1038/s41586-018-0637-6CrossRef

Bernal J, Tajkbaksh N, Sánchez FJ, Matuszewski BJ, Chen H, Yu L, Angermann Q, Romain O, Rustad B, Balasingham I, Pogorelov K, Choi S, Debard Q, Maier-Hein L, Speidel S, Stoyanov D, Brandao P, Córdova H, Sánchez-Montes C, Gurudu SR, Fernández-Esparrach G, Dray X, Liang J, Histace A (2017) Comparative Validation of Polyp Detection Methods in Video Colonoscopy: Results From the MICCAI 2015 Endoscopic Vision Challenge. IEEE Trans Med Imaging 36(6):1231–1249. https://doi.org/https://doi.org/10.1109/TMI.2017.2664042CrossRef

Ceylan H, Yasa IC, Kilic U, Hu W, Sitti M (2019) Translational prospects of untethered medical microrobots. Prog Biomed Eng 1(1):012002. https://doi.org/https://doi.org/10.1088/2516-1091/ab22d5

Chautems C, Zeydan B, Charreyron S, Chatzipirpiridis G, Pané S, Nelson BJ (2017) Magnetically powered microrobots: a medical revolution underway? Eur J Cardiothorac Surg 51(3):405–407. https://doi.org/https://doi.org/10.1093/ejcts/ezw432CrossRef

Collins D, Paterson HM, Skipworth RJE, Speake D (2021) Implementation of the Versius robotic surgical system for colorectal cancer surgery: First clinical experience. Colorectal Dis Off J Assoc Coloproctology G B Irel. https://doi.org/https://doi.org/10.1111/codi.15568CrossRef

Coughlin GD, Yaxley JW, Chambers SK, Occhipinti S, Samaratunga H, Zajdlewicz L, Teloken P, Dunglison N, Williams S, Lavin MF, Gardiner RA (2018) Robot-assisted laparoscopic prostatectomy versus open radical retropubic prostatectomy: 24-month outcomes from a randomised controlled study. Lancet Oncol 19(8):1051–1060. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S1470-2045(18)30357-7CrossRef

Davies BL, Hibberd RD, Ng WS, Timoney AG, Wickham JEA (1991) The Development of a Surgeon Robot for Prostatectomies. Proc Inst Mech Eng [H] 205(1):35–38. https://doi.org/https://doi.org/10.1243/PIME_PROC_1991_205_259_02CrossRef

Engay E, Bunea A-I, Bañas AR, Glückstad J (2018) Light Robotics for Nanomedicine

Esteva A, Kuprel B, Novoa RA, Ko J, Swetter SM, Blau HM, Thrun S (2017) Dermatologist-level classification of skin cancer with deep neural networks. Nature 542(7639):115–118. https://doi.org/https://doi.org/10.1038/nature21056CrossRef

Farooq MU, Xu B, Ko SY (2019) A concentric tube-based 4-DOF puncturing needle with a novel miniaturized actuation system for vitrectomy. Biomed Eng OnLine 18(1):46. https://doi.org/https://doi.org/10.1186/s12938-019-0666-xCrossRef

Gafford JB, Webster S, Dillon N, Blum E, Hendrick R, Maldonado F, Gillaspie EA, Rickman OB, Herrell SD, Webster RJ (2020) A Concentric Tube Robot System for Rigid Bronchoscopy: A Feasibility Study on Central Airway Obstruction Removal. Ann Biomed Eng 48(1):181–191. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s10439-019-02325-xCrossRef

Gerboni G, Greer JD, Laeseke PF, Hwang GL, Okamura AM (2017) Highly Articulated Robotic Needle Achieves Distributed Ablation of Liver Tissue. IEEE Robot Autom Lett 2(3):1367–1374. https://doi.org/https://doi.org/10.1109/LRA.2017.2668467CrossRef

Glückstad J, Palima D, Villangca M, Banas A (2016) 3D light robotics. In: Gu B, Helvajian H, Piqué A (eds). San Francisco, California, United States, p 97380A

He X, van Geirt V, Gehlbach P, Taylor R, Iordachita I (2015) IRIS: Integrated Robotic Intraocular Snake. In: 2015 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). pp 1764–1769

Hochberg LR, Bacher D, Jarosiewicz B, Masse NY, Simeral JD, Vogel J, Haddadin S, Liu J, Cash SS, van der Smagt P, Donoghue JP (2012) Reach and grasp by people with tetraplegia using a neurally controlled robotic arm. Nature 485(7398):372–375. https://doi.org/https://doi.org/10.1038/nature11076CrossRef

Jamjoom AAB, Jamjoom AMA, Marcus HJ (2020) Exploring public opinion about liability and responsibility in surgical robotics. Nat Mach Intell 2(4):194–196. https://doi.org/https://doi.org/10.1038/s42256-020-0169-2CrossRef

Jørgensen SL, Mogensen O, Wu C, Lund K, Iachina M, Korsholm M, Jensen PT (2019) Nationwide Introduction of Minimally Invasive Robotic Surgery for Early-Stage Endometrial Cancer and Its Association With Severe Complications. JAMA Surg 154(6):530–538. https://doi.org/https://doi.org/10.1001/jamasurg.2018.5840CrossRef

Karstensen L, Behr T, Pusch TP, Mathis-Ullrich F, Stallkamp J (2020) Autonomous guidewire navigation in a two dimensional vascular phantom. Curr Dir Biomed Eng 6(1). https://doi.org/10.1515/cdbme-2020-0007

Kazanzides P, Mittelstadt BD, Musits BL, Bargar WL, Zuhars JF, Williamson B, Cain PW, Carbone EJ (1995) An integrated system for cementless hip replacement. IEEE Eng Med Biol Mag 14(3):307–313. https://doi.org/https://doi.org/10.1109/51.391772CrossRef

Kwoh YS, Hou J, Jonckheere EA, Hayati S (1988) A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery. IEEE Trans Biomed Eng 35(2):153–160. https://doi.org/https://doi.org/10.1109/10.1354CrossRef

Lim JH, Lee WJ, Choi SH, Kang CM (2020) Cholecystectomy using the Revo-i robotic surgical system from Korea: the first clinical study. Updat Surg. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s13304-020-00877-5CrossRef

Lowrance WT, Eastham JA, Savage C, Maschino AC, Laudone VP, Dechet CB, Stephenson RA, Scardino PT, Sandhu JS (2012) Contemporary open and robotic radical prostatectomy practice patterns among urologists in the United States. J Urol 187(6):2087–2092. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.juro.2012.01.061CrossRef

Maier-Hein L, Vedula SS, Speidel S, Navab N, Kikinis R, Park A, Eisenmann M, Feussner H, Forestier G, Giannarou S, Hashizume M, Katic D, Kenngott H, Kranzfelder M, Malpani A, März K, Neumuth T, Padoy N, Pugh C, Schoch N, Stoyanov D, Taylor R, Wagner M, Hager GD, Jannin P (2017) Surgical data science for next-generation interventions. Nat Biomed Eng 1(9):691–696. https://doi.org/https://doi.org/10.1038/s41551-017-0132-7CrossRef

Marescaux J, Rubino F (2003) The ZEUS robotic system: experimental and clinical applications. Surg Clin N Am :11

McDermott H, Choudhury N, Lewin-Runacres M, Aemn I, Moss E (2020) Gender differences in understanding and acceptance of robot-assisted surgery. J Robot Surg 14(1):227–232. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s11701-019-00960-zCrossRef

Michalec O, O’Donovan C, Sobhani M (2021) What is robotics made of? The interdisciplinary politics of robotics research. Humanit Soc Sci Commun 8(1):65. https://doi.org/https://doi.org/10.1057/s41599-021-00737-6CrossRef

O’Meara S (2020) Medical robotics in China: the rise of technology in three charts. Nature 582(7813):S51–S52. https://doi.org/https://doi.org/10.1038/d41586-020-01795-7CrossRef

O’Sullivan S, Nevejans N, Allen C, Blyth A, Leonard S, Pagallo U, Holzinger K, Holzinger A, Sajid MI, Ashrafian H (2019) Legal, regulatory, and ethical frameworks for development of standards in artificial intelligence (AI) and autonomous robotic surgery. Int J Med Robot 15(1):e1968. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/rcs.1968

Park JS, Choi G-S, Park SY, Kim HJ, Ryuk JP (2012) Randomized clinical trial of robot-assisted versus standard laparoscopic right colectomy. Br J Surg 99(9):1219–1226. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/bjs.8841CrossRef

Perez MV, Mahaffey KW, Hedlin H, Rumsfeld JS, Garcia A, Ferris T, Balasubramanian V, Russo AM, Rajmane A, Cheung L, Hung G, Lee J, Kowey P, Talati N, Nag D, Gummidipundi SE, Beatty A, Hills MT, Desai S, Granger CB, Desai M, Turakhia MP (2019) Large-Scale Assessment of a Smartwatch to Identify Atrial Fibrillation. N Engl J Med 381(20):1909–1917. https://doi.org/https://doi.org/10.1056/NEJMoa1901183CrossRef

Puntambekar SP, Goel A, Chandak S, Chitale M, Hivre M, Chahal H, Rajesh KN, Manerikar K (2020) Feasibility of robotic radical hysterectomy (RRH) with a new robotic system. Experience at Galaxy Care Laparoscopy Institute. J Robot Surg. https://doi.org/10.1007/s11701-020-01127-x

Rox MF, Ropella DS, Hendrick RJ, Blum E, Naftel RP, Bow HC, Herrell SD, Weaver KD, Chambless LB, Webster III RJ (2020) Mechatronic Design of a Two-Arm Concentric Tube Robot System for Rigid Neuroendoscopy. IEEEASME Trans Mechatron 25(3):1432–1443. https://doi.org/https://doi.org/10.1109/TMECH.2020.2976897CrossRef

Šabanović S (2010) Robots in Society, Society in Robots. Int J Soc Robot 2(4):439–450. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s12369-010-0066-7CrossRef

Samalavicius NE, Janusonis V, Siaulys R, Jasėnas M, Deduchovas O, Venckus R, Ezerskiene V, Paskeviciute R, Klimaviciute G (2020) Robotic surgery using Senhance® robotic platform: single center experience with first 100 cases. J Robot Surg 14(2):371–376. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s11701-019-01000-6CrossRef

Scali M, Breedveld P, Dodou D (2019) Experimental evaluation of a self-propelling bio-inspired needle in single- and multi-layered phantoms. Sci Rep 9(1):19988. https://doi.org/https://doi.org/10.1038/s41598-019-56403-0CrossRef

Scali M, Pusch TP, Breedveld P, Dodou D (2017) Ovipositor-inspired steerable needle: design and preliminary experimental evaluation. Bioinspir Biomim 13(1):016006. https://doi.org/https://doi.org/10.1088/1748-3190/aa92b9

Stephan D, Darwich I, Willeke F (2021) The TransEnterix European Patient Registry for Robotic-Assisted Laparoscopic Procedures in Urology, Abdominal, Thoracic, and Gynecologic Surgery (“TRUST”). Surg Technol Int 38

Stolzenburg J-U, Holze S, Neuhaus P, Kyriazis I, Do HM, Dietel A, Truss MC, Grzella CI, Teber D, Hohenfellner M, Rabenalt R, Albers P, Mende M (2021) Robotic-assisted Versus Laparoscopic Surgery: Outcomes from the First Multicentre, Randomised, Patient-blinded Controlled Trial in Radical Prostatectomy (LAP-01). Eur Urol. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.eururo.2021.01.030CrossRef

Tang B, He F, Liu D, Fang M, Wu Z, Xu D (2020) AI-aided design of novel targeted covalent inhibitors against SARS-CoV-2. bioRxiv :2020.03.03.972133. https://doi.org/10.1101/2020.03.03.972133

Ullrich F, Bergeles C, Pokki J, Ergeneman O, Erni S, Chatzipirpiridis G, Pané S, Framme C, Nelson BJ (2013) Mobility Experiments With Microrobots for Minimally Invasive Intraocular Surgery. Invest Ophthalmol Vis Sci 54(4):2853–2863. https://doi.org/https://doi.org/10.1167/iovs.13-11825CrossRef

US Food and Drug Administration (2021) Artificial Intelligence and Machine Learning in Software as a Medical Device. FDA

Veiga T da, Chandler JH, Lloyd P, Pittiglio G, Wilkinson NJ, Hoshiar AK, Harris RA, Valdastri P (2020) Challenges of continuum robots in clinical context: a review. Prog Biomed Eng 2(3):032003. https://doi.org/https://doi.org/10.1088/2516-1091/ab9f41

Wagner M, Bihlmaier A, Kenngott HG, Mietkowski P, Scheikl PM, Bodenstedt S, Schiepe-Tiska A, Vetter J, Nickel F, Speidel S, Wörn H, Mathis-Ullrich F, Müller-Stich BP (2021) A learning robot for cognitive camera control in minimally invasive surgery. Surg Endosc. https://doi.org/https://doi.org/10.1007/s00464-021-08509-8CrossRef

Wei W, Simaan N (2012) Modeling, Force Sensing, and Control of Flexible Cannulas for Microstent Delivery. J Dyn Syst Meas Control 134(041004). https://doi.org/10.1115/1.4006080

Yang G-Z, Cambias J, Cleary K, Daimler E, Drake J, Dupont PE, Hata N, Kazanzides P, Martel S, Patel RV, Santos VJ, Taylor RH (2017) Medical robotics—Regulatory, ethical, and legal considerations for increasing levels of autonomy. Sci Robot :2

Yao Y, Liu Y, Li Z, Yi B, Wang G, Zhu S (2020) Chinese surgical robot micro hand S: A consecutive case series in general surgery. Int J Surg Lond Engl 75:55–59. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijsu.2020.01.013CrossRef

Yaxley JW, Coughlin GD, Chambers SK, Occhipinti S, Samaratunga H, Zajdlewicz L, Dunglison N, Carter R, Williams S, Payton DJ, Perry-Keene J, Lavin MF, Gardiner RA (2016) Robot-assisted laparoscopic prostatectomy versus open radical retropubic prostatectomy: early outcomes from a randomised controlled phase 3 study. The Lancet 388(10049):1057–1066. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/S0140-6736(16)30592-XCrossRef

Titel: Zukunftsnavigator Chirurgierobotik: Der Weg zur Ko-Operation zwischen menschlichen Experten und lernenden Maschinen
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Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Zukunftsnavigator Deutschland
Print ISBN: 978-3-662-64901-5

Electronic ISBN: 978-3-662-64902-2

Copyright-Jahr: 2022
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-64902-2_10

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