Tıp ve teknolojinin kesiştiği noktada cerrahi robotlar parlamaya başladı. Henüz robotlara ameliyatlarımızı tamamen devredecek kadar güvenmesek de, robotlar doktorlara yardım etmekten onları eğitmeye kadar geniş bir yelpazeye yayılmış görevleri çoktan üstlenmiş durumdalar. Bu yazımızda ameliyathanelerde kullanılan robotları inceleyeceğiz.

Amerikan Sağlık Araştırmaları ve Kalite Kurumu tarafından yapılan bir araştırmaya göre [1] Amerika’da sadece bir yıl içerisinde (2000),  ameliyat sonrası enfeksiyonları, ameliyatlarda unutulan yabancı cisimler, tekrar açılan ameliyat yaraları ve ameliyat sonrası kanamaları gibi bazı cerrahi komplikasyonlardan dolayı 2.4 milyon gün fazladan hastane konaklaması, 9.3 milyar dolar fazladan tedavi masrafı ve 32.000 adet ölüm vakası gerçekleşmiş. Dudak uçuklatan bu rakamlar ortaya koyuyor ki sağlık sektöründe de hatalar yapılıyor ve bedelleri ağır olabiliyor. Buradan çıkarılacak dersler ve alınması gereken önlemler olduğu aşikar. Bu yazıda doktor kaynaklı hataları azaltmamıza yardımcı olacak robotlara göz atacağız.

İşleyen demir ışıldar. Doktorlar da bir istisna değil. Özellikle de cerrahların, hem yeni çıkan ameliyat tekniklerine ve teknolojilerine alışmaları, hem de kendilerini formda tutabilmeleri için düzenli olarak idman yapmaları gerekiyor. Her ne kadar zaten işleri başlarından aşkın olsalar da (özellikle ülkemizde olduğu gibi sağlık sisteminin en az doktorları gözettiği ülkelerde), sadece hareketleri elleriyle tekrarlamaları değil, mümkünse cansız modeller veya simülasyonlar üzerinde çalışmaları gerekiyor. Ancak bu eski teknolojiler hem doktorlara gerekli olan geri beslemeyi vermekte yetersiz kalıyorlar, hem de -kabul etmek gerekiyor ki- can sıkıcılar. İşte bu noktada devreye robotlar giriyor.

Cerrahi yetenekler kabaca iki bileşenden oluşuyor: teorik yetenekler (bilgi ve karar alma yetisi) ve pratik bilgiler (elle müdahele edilen görevler). Teorik bilgi sınıflarda, okullarda öğreniliyor ve gene aynı yerlerde sınavlarla test ediliyor. Pratik yetenekleri değerlendirmek ise çok daha zor. Bunun için uygulama, demonstrasyon ve birinci elden tecrübe gerekiyor. 1800’lerden gelen cerrah yetiştirme felsefesi olan “Birini izle, birini yap, birine öğret,” metodu, yani uzun yıllar süren stajerlik-olgunluk-danışmanlık evreleri, doktorların ameliyatları gözleyip, yapıp, öğrencilerine öğretme sistemine dayalıydı.  Her ne kadar bu yöntem yetenekli cerrahlar yetiştiriyor olsa da, zaman kaybına sebebiyet verdiğinden ve usta/çırak arasında gerçekleşen objektif olmayan bir değerlendirmeye tabi olduğundan çok da etkin bir yöntem olduğu söylenemez.

Gelişen robotik cerrahi sistemleri ve tıbbi robotik destekli simülatörler ile cerrahların ameliyat hareketlerini kendileri analiz etmeleri ve objektif olarak değerlendirip cerrahi müdahele yeteneklerini geliştirmeleri mümkün. Bu tarz cerrahi eğitimler ve yardımcı sistemleri dört ana başlık altına toplayacağız. Birincisi, insanları ve çevreyi analiz edebilen sistemler. İkincisi, zenginleştirilmiş gerçeklik ile doktorları eğiten sistemler. Üçüncü çeşit sistemler ise robotların doktorlara yardımcı oldukları sistemler ve sonuncu sistemler robotların otonom olarak hastalara müdahelede bulundukları sistemler.

Cerrahi müdaheleleri değerlendiren sistemler

Şekil1: Bir öğrencinin sınavı, uzman bir cerrahın ameliyatıyla kıyaslanıyor. Kaynak: Carol Reiley

Cerrahi eğitim ve değerlendirmeleri daha etkin kılmak amacıyla, hareket tanıma ve beceri değerlendirme sistemleri ameliyathanelerde yerini almaya başladı. Genellikle kamera görüntülerini işleyen ve karmaşık ameliyat sekanslarını daha küçük parçalara ayırmaya dayanan bu sistemler, ameliyat hareketlerini doktorların yaraya dikiş atma, neşter vurma, kesme gibi daha küçük hareketlerine ayırıyor. Her hareket kümesi için oluşturulmuş matematiksel modeller, doktorun yaptığı müdahelelerle kıyaslanıyor ve sonuçta her hareket notlandırılıyor. Doğru sıralama izlenmediğinde veya hareketlerin rotası veya tutarlılığı zayıf olduğunda görüntülerden elde edilen verilere dayanarak, doktor düşük not alıyor. Bu yöntem doktorun robotik cerrahi kollarını kontrol ederken gösterdiği başarı için de uygulanıyor. Bu tarz bir objektif değerlendirmenin amacı standart işlemlerin her doktor nezdinde aynı uygulanmasının garantisini sağlamak. Stajerler eğitimlerinden sonra usta bir doktorun hareketleri ile kendi hareketlerini senkronize kıyaslayabiliyorlar (Şekil 1) ve bu sayede öğrenmeleri hızlanıyor.

Cerrahi çevre için zenginleştirilmiş gerçeklik sistemleri

Şekil2: Sanki böbrek taşı varmışcasına gerçek video görüntüsü üzerine eklenen sanal gerçeklik görüntüsü.Kaynak: Balazs Vagvolgyi

Robotların hassasiyet ve keskinliğini, insan zekasıyla buluşturmak belki de en etkin ameliyat yöntemi. Bilgisayarların ve robotların dahil olduğu ameliyatlar insana daha fazla bilgi sağladığından, başarıyı artırıyor. Hastanın çalışılan bölgesinin (örn: kalp) üzerine bindirilmiş bir sanal tümör tomografisi ve doktorun kalbe müdahelesi sırasında doktorun eline gönderilen kuvvet geri beslemesi, cerrahın o anda sanki hasta gerçekmişcesine idman yapabilmesini sağlıyor. Bu tarz sistemler örneğimizdeki gibi genellikle grafik, ses ve kuvvet gibi geri beslemeler vererek, doktorun anlık gelişmelere ve şartlara uyum sağlayarak, çok daha gerçekçi bir ameliyat deneyimi edinmesini sağlıyorlar (Şekil 2). Bu sistemler tabii ki sadece idmanlarda değil aynı zamanda gerçek ameliyatlarda da kullanılıyor. Aşağıda bilgisayarlı tomografi görüntüsünün gerçek zamanlı bir video üzerine bindirilmesiyle gerçekleştirilen bir ameliyatı seyredebilirsiniz.

Bu uygulamada da doktorun eline kuvvet geri beslemesi verilmesi yerine, zenginleştirilmiş gerçeklikle kuvvet ve renk değişimi arasındaki ilişkinin video görüntüsü üzerine yansıtılması gösteriliyor:

Akıllı sensörlere ve manipülatörlere sahip robotlar insan doktorların görme zorlukları veya el titremesi gibi fizyolojik kısıtlamalarını giderici nitelikte. Kuvvet algılayıcı akıllı cerrahi robotlar daha güvenli ve etkin ameliyat imkanları sundukları için en deneyimli ve hünerli cerrahlar tarafından bile olumlu karşılanıyor. Bu aletler, dokundukları bölgelerdeki yerel dokunun oksijen doyumunu ölçerek hasar verilmesini engelliyorlar.

Johns Hopkins Üniversitesi (JHU) bu alanda yoğun faaliyet gösteren üniversitelerden [2]. JHU Sabit-el Göz Robotu adı verilen bir robot, retina mikrocerrahisi sırasında doktor tarafından kontrol ediliyor. El titremesinin önüne geçen bu sistem doktorların nokta atışı yapmalarını sağlıyor. Böylece cerrahi alet, cerrahın belirlediği noktayı merkez alarak sadece belirli sınırlar çerçevesinde hareket edebiliyor ve el titremesinden dolayı göze verilebilecek olası bir zararın önüne geçilmiş oluyor.

da Vinci

Şekil3 :da Vinci robotu. Kaynak:Kelleher Guerin

Sırada tüm cerrahi robotlar arasında en meşhur robot var: da Vinci (Şekil 3). Bu ünü kazanmasının en büyük sebebi, minicik kıskaçları, son derece yüksek hassasiyeti ve fütüristik tasarımı. Da Vinci sistemi cerrahlara kontrol edebilecekleri robot kolları ve minicik mandalları sayesinde dar alanlarda yüksek bir hareket kabiliyeti imkanı veriyor. Bu da hastalar için daha küçük yarıklar ve daha çabuk iyileşme süreci, doktorlar için ise artık -kelime anlamıyla- hastanın içine girmek zorunda olmamak anlamına geliyor. Şu an için otonom özellikler sergilemese de doktorlardan şimdiden olumlu not almış durumda. Aşağıda bozuk para büyüklüğünde bir kağıt parçasından uçak yapan çılgın bir doktorun videosunu seyredebilirsiniz. Kağıdın büyüklüğünü ameliyatın (origaminin) sonunda gördüğünüz zaman şaşıracağınıza garanti veriyorum:

Bu robotlar hakkında biraz bilgi vermek gerekirse: Da Vinci’nin tasarımcısı olan Intuitive Surgical 1995 yılında kuruldu ve kendi üretimi olan bu robotları hastanelere ve araştırma kurumlarına satıyor. Robotlar özellikle ürolojik, jinekolojik ameliyatlarda, kalp ve göğüs cerrahisinde, genel, kafa ve boyun ameliyatlarında kullanılıyor. 2011 yılının sonu itibariyle satılmış olan toplam 2132 adet da Vinci robotuyla 2011 yılında toplam 360.000 ameliyat yapıldığı rapor edilmiş. Bu robotların her biri 2 milyon dolar ediyor ve oldukça yüklü bir bakım giderine sahip.

Robotlarla kalp ameliyatı (Niobe ve Sensei)

Şekil 4: Kalp içinde ilerleyen bir Niobe sondası. Kaynak: Stereotaxis

Dünyanın en zorlu ve en hassas ameliyatları sayılan beyin ve kalp ameliyatları söz konusu olduğu zaman robot kullanımı konusunda durum değişebilir. Düzensiz kalp atışından muzdarip bir hasta olduğunuzu ve damarlarınızdan geçip kalp odacığınıza giren bir kateter (sonda) ile kalp dokunuzun dağlanmasını ve sizi iyileştirecek bir yara bırakmasını gerektiren bir tedavi göreceğinizi hayal edin? Bu tarz karmaşık ve zorlu bir ameliyatta kalbinizi bir robota mı yoksa bir insana mı teslim etmeyi tercih edersiniz? Bu soru sizi ameliyat edecek doktorlara sorulduğu zaman alacağınız yanıt ise belli, doktorlar robotları kullanmayı tercih ediyor!

Şu anda bu tarz bir sondalama operasyonu için doktorların yetenek ve hassasiyetine muhtacız. Bacak damarından hastaya sokulan sert ancak esnek bir kateter, kalbe kadar yönlendirilmek zorunda. Sondanın arkasından iterek ön tarafını kontrol etmeye çalıştığınız oldukça zorlu bir süreçten bahsediyoruz.

Şekil 5: Sondayı yönlendirebilmek için manyetik enerji yayan Niobe sistemi oldukça fazla yer kaplıyor. Kaynak: Stereotaxis

Doktorları bu sancılı operasyondan kurtaracak robot olan Niobe’nin tasarımcısı Stereotaxis firması, bu robotun hem elle hem de otomatik olarak kontrol edilebileceğini söylüyor [3]. Robotu damara soktuktan sonra, kateterin ön tarafındaki metal ucu (Şekil 4), dışarıdan sağlanan bir manyetizma sayesinde kontrol edebiliyorsunuz (Şekil 5). Bu süreç içerisinde Niobe kalbin odacıklarının haritasını çıkarıyor ve bilgisayarda kalbin topografik bir resmini oluşturuyor. Cerrah istediği zaman kontrolü tekrar eline almakta ve süreci kendi yönetmekte serbest.

Yaratılan haritadan ve Niobe’nin kalbin tüm elektrofizyolojik bilgisini (yani kalp atım bilgilerini) elektrotları sayesinde toplamasından sonra kardiyolog, hangi bölgenin sorunlu davranış sergilediğine karar veriyor. Doktorun elinde bu aşamada iki seçenek var: Birincisi, doktor bilgisayarda belirlediği koordinatlara robotu gönderebilir ve robot oraya kendi başına gider, veya robotu bir çubuk (joystick) vasıtasıyla kendi elleriyle istediği bölgeye yönlendirir. Daha sonra geleneksel sondalarda olduğu gibi robot sıcaklık yayarak belirlenen bölgeyi dağlar ve tedavi sonlanır.

Şekil 6: Niobe sondası. Kaynak: Stereotaxis

Niobe’nin avantajları bu kadarla da sınırlı değil. Ucu ve birkaç ince metal halkası dışında, sonda normal sondalardan daha yumuşak (Şekil 6) ve bu sebeple kalpte oluşturacağı komplikasyonlar da azaltılmış oluyor. Ayrıca normal bir sondalama ve kateteri ilerletme işlemleri sırasında, düzenli olarak kalbin ve kateterin gerçek zamanlı röntgeninin çekilmesi gerekiyor. Bu operasyonu elle yapan doktorlar kurşun ve çok ağır bir gömlek giyerek yarı eğilmiş bir vaziyette uzunca süre durmak zorunda kalıyorlar. Üstelik X-ışınlarına maruz kalmamaya özen göstermek zorundalar. Ancak Niobe sayesinde doktor odadan dışarı çıkabiliyor ve tüm süreci uzaktan kumanda edebiliyor.

Hansen Medical’in robotu olan Sensei ise motorları vasıtasıyla kendi başına itme ve bükülme işlemlerini halledebiliyor. Niobe’ye kıyasla çok daha ucuz, çünkü Niobe’nin aksine, tüm odaya manyetik enerji yayan bir sisteme ihtiyaç duymuyor. Bu sebeple de tüm hastaneyi, odanın manyetik etkilerinden arındırmaya gerek kalmadığından maliyetler de haliyle düşüyor.

Her iki sistemin de bir zayıf noktaları var, o da insan faktörünün her halükarda devrede olması. Doktorlar sistemleri ve ne kadar kuvvet uygulamaları gerektiğini öğrenene kadar bir süre tehlikeli operasyonlar çıkarabiliyorlar. Yani oluşabilecek komplikasyonların suçlarını sadece robotlarda değil, biraz da doktorlarda aramak gerekiyor. Ancak doktorlar bu aletleri kullanabilmek için düzenli olarak eğitimler alıyorlar ve simülasyonlar yapıyorlar.  Cerrahların ve öğrencilerin farklı ameliyat robotlarını kullanarak nasıl idman yaptıklarını merak ediyorsanız size birkaç örnek vereyim. (Uyarı: Videolar tıp bilimine inancınızı yitirme tehlikesi arz ediyor):

Raven

Artık insanlarla robotların beraber bir hasta üzerinde paylaşımlı ameliyat yapma zamanı geldi. Zorlu bir müdahelenin belli parçalarını robotlar için otomatize ederek cerrahın yükünü azaltmak veya cerrahın niyetinden hangi aleti kullacağını tahmin etmek mümkün. Bu sayede ikiden fazla kol kullanılabilir. Da Vinci robotunun 4 adet kolu olsa da (3 tanesi aletleri tutmak, 1 tanesi ise kamerayı yakınlaştırmak üzere tasarlanmımş), iki tanesi doktor tarafından kullanılıyor, bu yüzden üçüncü kol genellikle atıl duruyor [4].

Şekil 7: Raven. Kaynak: BioRobotics Lab

Vaşington Üniversitesi’nin Raven (Karga) Sistemi(Şekil 7) uzaktan ameliyat için kullanılan bir cerrahi robot. Raven mobil bir laparoskopik (genel anestezi altında yapılan ve göbek deliğinden ince bir teleskopun karın içine sokularak karın içi organlarının görüntülenmesi prensibine dayanan bir ameliyat) ameliyat robotu. Parçalanıp birleştirilebilen bir yapıya sahip olan bu robotun en büyük avantajı diğer ticari robotlara (500kg) kıyasla daha hafif olması (23 kg). Bu yüzden acil yardım gerektiren bölgeler için biçilmiş kaftan.

Uzaktan ameliyat deneyleri, denizaltıya yerleştirilmiş veya çölün kavurucu rüzgarları ve sıcağına konuşlandırılmış bir Raven robotu ve uzakta güvenlikte onu kontrol eden bir cerrah tarafından gerçekleştiriliyor. Uydu veya internet üzerinden gönderilen komutlar ve sensör geri beslemeleriyle operasyonu yapmak mümkün. Bağlantıdaki gecikmeler, aynı anda birden fazla cerrahın farklı lokasyonlardan ameliyatı yapmaları ve bu cerrahların nasıl eğitilecekleri araştırma konularını oluşturuyor.

Tıbbi otonom robotlar

Şekil 8: Bloodbot

Söz konusu insan sağlığı olunca, teknoloji düşkünleri bile otonom robotlar (kendi kendilerine karar verip işlem yapan robotlar) konusunda durup düşünüp, geleneksel yöntemleri tercih edebiliyorlar. Birazdan ele alacağımız robotlar zorlu ameliyatları yapmayacaklar tabii ki, ancak basit ve rutin tıbbi müdaheleleri gerçekleştirerek doktorlara ve hastalara zaman kazandırmaları mümkün. Örneğin, Bloodbot [5] bir kol, kolun ucuna bağlı olan bir iğne ve sondadan ibaret (Şekil 8). Girebileceği damarı bulabilmek için kolunuzun üzerindeki en yumuşak noktayı arıyor, ki her insanın damar yerleşimi farklı farklıdır, bu yüzden de en zorlu aşama bu. Daha sonra bir miktar ilerleyip damarın içerisinde kalarak kanınızı emiyor. Deneylerin %78’inde başarı sağlandığı iddia ediliyor, ancak esas ben kalan %22’nin bir uçtan girip diğer uçtan çıkmış olabilecek bir iğneye nasıl tepki verdiklerini merak ediyorum. Zaten 2001’den sonra projeye devam edilmediğini görüyoruz…

Başka bir araştırmada da, Duke Üniversitesi bilim insanları ultrason verileri kullanarak biyopsi yapabilen tamamen otonom bir robot kolu tasarladılar. İnsanlarda olmasa da, deney için kullandıkları ölü hindilerde başarılı sonuçlar elde ettiler [6]. Hindi kullanılmasının sebebi, insan etine olan benzerliği ve ultrasonda benzer özellikler göstermeleri. Deneylerin %93’ünde robot, hindi prostatının sekiz farklı noktasına başarıyla ulaşabildi.

Farkettiğiniz üzere ciddiye alınabilecek otonom robotlar, henüz ameliyathanelere girebilmiş değil. Ancak başlamak bitirmenin yarısıdır!

Robotlarla tıp pek mi mükemmel?

Robotların her zaman hastalar için daha iyi sonuçlar verdiğini söylemek de doğru değil [7]. Henüz robotlu tedavinin, prostat kanseri tedavisinde geleneksel yöntemlere göre daha iyi sonuçlar verdiği kanıtlanamadı. Hatta istatistiksel verilere bakılacak olursa daha çok bel gevşekliği ve iktidarsızlık vakaları gözlemlenmiş. Olaylar bununla da kalmıyor. Nisan 2012’de da Vinci’nin de üreticisi olan Intuitive Surgical şirketine, New York şehrinde vuku bulan bir ölüm olayından dolayı dava açıldı [8]. Dava sahibi Gilmore McCalla 2010 yılında 24 yaşındaki kızının histerektomi ameliyatı sırasında, robotun bir damarda ve bağırsaklarda yanığa sebebiyet vererek iki hafta sonra ölümüne neden olduğunu iddia etti. Da Vinci robotunun tasarım kusurundan, yalıtılmamış ameliyat kollarından ve sağlıklı iç organ ve dokulara sıçrayabilecek elektrik akımlarından dolayı kaynaklandığını savunan aile, ayrıca doğru eğitimi almamış doktorların ve Intuitive Surgery’nin de robotun komplikasyonlarıyla ilgili yeterli testleri gerçekleştirmediğini iddia etti. Ayrıca üretici firmanın bazı komplikasyon raporlarını hasıraltı ettiğini ve da Vinci’yi sattığı hastanelere de robotun yeteneklerini kapasitesinin üzerinde övmesinden yakındı.

Şekil 9: DaVinci robotunu kontrol eden cerrahın ameliyathane içerisinde bulunması bile gerekmiyor.Kaynak: Chris Garlington,The New York Times

Her ne kadar kesikler robotla yapıldığı zaman daha ufak olsa da, robotların yardımcı olduğu ameliyatlar geleneksel ameliyatların iki katı kadar daha uzun sürebiliyor.  Ayrıca hastalar veya sigorta şirketlerinin standart bedelin üzerine ödemeleri gereken binlerce dolar fark oluyor. Sadece daha havalı olduğu için bu robotlar tarafından ameliyat edilmek istediğini söyleyen hasta sayısı hiç de az değil [9]. Beklenenin tersine, bazı hastalar doktorun odada olup olmamasını bile umursamıyor (Şekil 9). Yan odadan kolları kontrol eden bir doktoru tercih ediyorlar. Hatta bazı doktorlar, hastaların kendilerini sorguladıklarını ve eğer robotları yoksa başka doktora gittiklerini söylüyorlar. Bu sebeple, robotlara milyonlarca dolar harcayıp, sonra da hastanelerinin reklamlarını yapan iş adamlarına ileride sıkça rastlayacağız.

Sonuç olarak her yeni gelişen teknolojinin artıları ve eksileri olduğu gibi, cerrahi robotların da avantaj ve dezavantajları var. Belli ki bu konuyu açıklığa kavuşturabilmek için, gıda ve ilaçlarda olduğu gibi, uzun süreli istatistikler ve testler öngören devlet kontrollü denetleme kurumlarına ihtiyacımız var. O gün gelene kadar karar mekanizmaları tamamen doktorların ve hastanelerin ellerine teslim…

Kaynaklar: AçıkBilim

[1] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14532315

[2] http://ciis.lcsr.jhu.edu/dokuwiki/doku.php?id=research.robot_assisted_microsurgery

[3] http://spectrum.ieee.org/biomedical/devices/heart-surgeons-adapting-to-robots

[4] http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/medical-robots/using-robots-to-train-the-surgeons-of-tomorrow

[5] http://www3.imperial.ac.uk/mechatronicsinmedicine/research/thebloodbot

[6] http://www.botjunkie.com/2010/07/26/robot-surgeons-operate-autonomously-on-turkeys/

[7] http://www.nytimes.com/2010/02/14/health/14robot.html?_r=2

[8] http://robotland.blogspot.jp/2012/04/did-da-vinci-robot-kill-24-year-old.html

[9] http://www.botjunkie.com/2010/02/15/patients-requesting-more-robotic-surgeries-but-just-because-its-cool/