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MIRA, un sistema di chirurgia robotica assistita miniaturizzata

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Lo sviluppo dei sistemi RAS (robotic-assisted surgery) ha portato a un piccolo robot che consente ai chirurghi di ottenere il completo accesso multi-quadrante al paziente evitando di collegare e ri-collegare una piattaforma esterna grande e ingombrante. 

Lo sviluppo dei sistemi di chirurgia robotica assistita (RAS) ha come obiettivo quello di consentire l'esecuzione di interventi attraverso piccole incisioni. Questo è possibile offrendo al chirurgo la possibilità di controllare con precisione i bracci robotici e le telecamere. L'obiettivo del RAS è quello di consentire ai chirurghi di effettuare interventi perfettamente eseguibili in modo mini-invasivo e di conseguenza ridurre al minimo il dolore e i tempi di degenza in ospedale.

Dal momento che la richiesta di RAS è in continua crescita, le cliniche sono alla ricerca di soluzioni per accelerare l' ampliamento dei loro programmi. L'obiettivo di Virtual Incision (Lincoln, NE) è proporre una soluzione che consenta alle cliniche la possibilità di integrare i sistemi e migliorare l'efficienza senza interferire con l'infrastruttura esistente. Con questo obiettivo, l'azienda ha progettato e prodotto MIRA, in assoluto la prima piattaforma RAS al mondo miniaturizzata che può essere facilmente trasportata e installata in qualsiasi sala operatoria. Il sistema è composto dalla console per chirurgo MIRA, che permette il controllo completo dei bracci degli strumenti MIRA e la visione endoscopica dell'anatomia in tempo reale, e da un carrello per trasportare facilmente le attrezzature. L'installazione è stata progettata per essere semplice. L'obiettivo è quello di consentire al 90% delle sale operatorie che attualmente non hanno accesso a un sistema RAS di accedervi, in modo da poter assistere un maggior numero di pazienti.

I tre componenti di MIRA sono facilmente configurabili, consentendo di utilizzare qualsiasi sala operatoria, indipendentemente dalle sue dimensioni.

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Durante la fase di progettazione di MIRA, Virtual Incision è giunta alla conclusione che la sfida ingegneristica principale consisteva nel creare un dispositivo piccolo, portatile e facile da usare, garantendo al tempo stesso la stabilità necessaria per eseguire interventi impegnativi, come la resezione intestinale, per la quale il dispositivo è stato utilizzato con successo in uno studio IDE a sostegno dell'autorizzazione alla commercializzazione da parte della FDA. Inoltre, l'azienda voleva progettare il dispositivo in modo che fosse facile da pulire e sterilizzare tra un intervento e l'altro. In questo modo si sarebbe eliminata la necessità di utilizzare il telo che la maggior parte dei sistemi presenti sul mercato richiede. Tale operazione, in definitiva, prolunga il tempo tra una procedura e l'altra, riducendo potenzialmente il numero di pazienti che possono essere assistiti.

MIRA è una risposta estremamente diversa rispetto ai sistemi basati su bracci o colonne (i cosiddetti “mainframe”), in quanto richiedono un notevole spazio di ingombro e sono difficilmente trasportabili. Sistemi di questo tipo sono limitati all'uso in sale operatorie spaziose, e possono intralciare il lavoro in sala operatoria richiedendo un'installazione più ingombrante e ostacolando la visione e il movimento del personale di assistenza.

I componenti di movimento

Nel corso della progettazione di MIRA, Virtual Incision ha scelto di collaborare con maxon, proponendo per la prima volta una telecamera modulare integrata da utilizzare in un sistema RAS. maxon ha potuto supportare il rapido processo di progettazione iterativa “make and improve” di Virtual Incision grazie alla sua linea completa di motori e alla sua competenza di livello mondiale. Il team di ingegneri di maxon è stato di aiuto dall'ideazione e progettazione alla produzione dei sottosistemi. Virtual Incision ha sviluppato internamente tutto l'hardware, il firmware e il software di integrazione per ottimizzare la miniaturizzazione e le caratteristiche prestazionali del dispositivo.

Il team di lavoro è stato in grado di incrementare l'efficienza del sistema e di massimizzare la potenza di uscita erogabile per ogni giunto. Questa caratteristica progettuale rende MIRA molto forte per le sue dimensioni, in grado di erogare fino a due chili di forza in uscita in qualsiasi punto dell'area di lavoro, mantenendo velocità e flessibilità.

Un approccio unico

I sistemi RAS di tipo mainframe integrano motori situati all'esterno della struttura, posizionati su bracci o colonne per assicurare all'apparecchio una forza adeguata. Il sistema MIRA garantisce la sua forza in un formato ridotto grazie ai motori posizionati all'interno del dispositivo. I bracci rigidi con motori integrati all'interno assicurano la forza necessaria, consentendo al contempo la triangolazione della telecamera e degli strumenti. Il dispositivo è stato utilizzato per interventi di resezione intestinale e per la prima volta i motori di un dispositivo RAS hanno operato all'interno del corpo umano.

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I bracci rigidi con i motori integrati all'interno forniscono robustezza consentendo al contempo la triangolazione della fotocamera e degli strumenti.

Gli interventi chirurgici richiedono forza e velocità. Grazie all'uso di motori ad alta efficienza e di qualità, MIRA è stato progettato specificamente per manipolare organi particolarmente grandi e pesanti come il colon. Il sistema RAS deve essere in grado di simulare i movimenti in tempo reale del chirurgo, in modo da fornire risposte rapide in caso di necessità.

Inoltre, gli interventi sul colon-retto richiedono spesso che il sistema RAS raggiunga più di un quadrante nell'addome, talvolta tutti e quattro. I sistemi mainframe multi-porta richiedono un attento posizionamento delle porte e una precisa procedura per evitare eventuali interferenze con il braccio esterno. Il design miniaturizzato e autonomo di MIRA consente un accesso anatomico completo al paziente evitando il rischio di collisioni con il braccio esterno. Inoltre, il design articolato della telecamera garantisce una corretta triangolazione tra gli strumenti e la telecamera per tutti gli interventi.

Trattandosi di un dispositivo medico, la progettazione di MIRA ha richiesto particolari attenzioni, tra cui la sterilizzazione, la biocompatibilità, la sicurezza elettrica e l'erogazione dell'elettro cauterizzazione.

Conclusione

Virtual Incision sostiene che l'approccio migliore e più produttivo all'innovazione sia quello dell'azione. L'azienda progetta prodotti creando qualcosa, testandolo a fondo e imparando tutto il possibile dall'esperienza. Questo approccio “make-and-improve” ha permesso all'azienda di implementare iterazioni in tempi minimi, consentendole di spingersi oltre i confini della tecnologia, in questo caso realizzando dispositivi RAS di dimensioni ridotte. In qualità di partner, maxon ha messo a disposizione le proprie competenze tecniche e la disponibilità a realizzare soluzioni alternative al progetto di Virtual Incision.

In definitiva, MIRA è il più piccolo RAS sul mercato. Per le sue dimensioni, offre una potenza significativa e consente un'installazione rapida in qualsiasi sala operatoria. Una versione di MIRA è stata testata sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2024, mentre i chirurghi sulla Terra controllavano a distanza il dispositivo mediante una console per simulare le attività che si svolgono in chirurgia, tra cui il prelievo di tessuti e la manipolazione di piccoli oggetti.

 

Per ulteriori informazioni:

Virtual Incision
 

 

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