Robotic Tele-Operation for Upper Aerodigestive Tract Microsurgery: System Design and Validation
यह शोध पत्र एक नवीन रोबोटिक टेली-ऑपरेशन सिस्टम प्रस्तुत और मान्य करता है जिसमें फोर्सप्स नियंत्रण के लिए एक विशेष एंड-इफेक्टर और एक रिमोट सेंटर ऑफ मोशन फ्रेमवर्क शामिल है, जिसे ऊपरी एयरोडिजेस्टिव ट्रैक्ट माइक्रोसर्जरी में एर्गोनॉमिक्स, सटीकता और नियंत्रणीयता को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
गले के भीतर की सर्जरी एक बहुत ही नाजुक संतुलन का काम है। ऊपरी श्वसन-पाचन तंत्र (upper aerodigestive tract) के रूप में जानी जाने वाली इस जगह में वॉयस बॉक्स और हवा एवं भोजन के मार्ग शामिल हैं, और यह एक बहुत ही संकीर्ण और सीमित स्थान है। यहाँ ट्यूमर या पॉलीप्स का इलाज करने के लिए, सर्जन अक्सर 'ट्रांसओरल लेजर माइक्रोसर्जरी' नामक तकनीक का उपयोग करते हैं। इस प्रक्रिया में, एक लेजर बीम अत्यधिक सटीकता के साथ रोगग्रस्त ऊतकों को काटती है, लेकिन सर्जन को एक चिमटी (forceps) का उपयोग करके ऊतक को स्थिर भी पकड़ना होता है और उसे दृश्य में लाना होता है। वर्तमान में, सर्जन इस पकड़ने और थामने का कार्य पूरी तरह से अपने हाथों से करता है, जिसमें उपकरणों को एक कठोर ट्यूब के माध्यम से डाला जाता है जिसे लैरिंगोस्कोप कहा जाता है और जो रोगी के मुंह में स्थिर होता है। जबकि लेजर कटिंग का काम करता है, मानव हाथ को पकड़ने का काम करना पड़ता है, जो एक ऐसा कार्य है जिसके लिए अत्यधिक स्थिरता की आवश्यकता होती है। लंबे समय तक, इस मैनुअल कार्य से कंपन, थकान और स्वस्थ ऊतकों को नुकसान पहुँचाए बिना इतने संकीर्ण गलियारे में नेविगेट करने के लिए आवश्यक सूक्ष्म नियंत्रण की कमी हो सकती है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया रोबोटिक सिस्टम विकसित किया है जिसे इस काम के मैनुअल पकड़ने वाले हिस्से को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे सर्जन लेजर पर ध्यान केंद्रित कर सकें। अब सर्जन सीधे चिमटी पकड़ने के बजाय, एक कंसोल पर बैठते हैं और एक रोबट को नियंत्रित करते हैं जो उनके लिए उपकरणों को थामे रखता है। यह सेटअप सर्जन को एक हैंडहेल्ड कंट्रोलर के माध्यम से रोबट के हाथ को चलाने की अनुमति देता है, जबकि रोबोट उन गतिविधियों को रोगी के गले के भीतर सुचारू और स्थिर गतियों में बदल देता है। इस प्रणाली की एक प्रमुख विशेषता 'वर्चुअल पिवट पॉइंट' (virtual pivot point) है। कल्पना कीजिए कि चिमटी गले के प्रवेश द्वार पर एक निश्चित बिंदु से जुड़ी हुई है; रोबोट को इस तरह प्रोग्राम किया गया है कि सर्जन अपने हाथ को कैसे भी हिलाए, उपकरण उसी एक बिंदु के चारों ओर घूमेगा। यह उपकरण को गले के किनारों से टकराने या कैमरे के दृश्य को बाधित करने से रोकता है, जो इतने तंग स्थान में उपकरणों को हिलाने के दौरान एक आम समस्या है। सिस्टम में एक सुरक्षा तंत्र भी शामिल है जहाँ रोबोट केवल तभी चलता है जब सर्जन एक ही समय में दो फुट पेडल दबाते हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि उपकरण गलती से कभी न हिलें।
यह विचार काम करता है या नहीं, इसे परखने के लिए, शोधकर्ताओं ने दस ऐसे लोगों को आमंत्रित किया जिन्हें गले की सर्जरी का कोई पूर्व अनुभव नहीं था। प्रतिभागियों को सिलिकॉन से बने वोकल कॉर्ड के एक मॉडल का उपयोग करके एक कार्य करने के लिए कहा गया, जिसमें ट्यूमर का प्रतिनिधित्व करने वाले छोटे उभार थे। एक दौर में, उन्होंने अपने हाथों से चिमटी का उपयोग किया। दूसरे दौर में, उन्होंने नए रोबोटिक सिस्टम का उपयोग किया। शोधकर्ताओं ने उपकरणों की स्थिरता को ट्रैक करके मापा कि वे कितने स्थिर थे। परिणामों ने एक स्पष्ट अंतर दिखाया: रोबोट का उपयोग करते समय, उपकरण काफी अधिक स्थिर थे, जिनमें हाथों के उपयोग की तुलना में बहुत कम कंपन देखा गया। यह सुझाव देता है कि रोबोट मानव हाथ के स्वाभाविक कंपनों को छान सकता है, जिससे ऊतक पर अधिक स्थिर पकड़ मिलती है।
टीम ने यह भी देखा कि सर्जनों को शारीरिक रूप से कितनी मेहनत करनी पड़ी। उन्होंने मांसपेशियों के विद्युत संकेतों का पता लगाने वाले सेंसरों का उपयोग करके प्रतिभागियों की अग्रबाहु (forearms) में मांसपेशियों की गतिविधि को मापा। जब प्रतिभागियों ने रोबोटिक सिस्टम का उपयोग किया, तो उनकी मांसपेशियों में हाथों के उपयोग की तुलना में सक्रियता का स्तर कम था। यह दर्शाता है कि रोबोट भारी काम कर रहा है, जिससे सर्जन पर शारीरिक तनाव कम हो रहा है। इसके अलावा, प्रतिभागियों ने बताया कि सिस्टम सहज और सीखने में आसान था। उन्हें उपकरणों को नियंत्रित करने की अपनी क्षमता पर विश्वास महसूस हुआ और उन्हें यह अनुभव आकर्षक लगा, हालांकि कुछ ने उल्लेख किया कि उन्हें और अधिक अभ्यास समय और कार्य को और भी आसान बनाने के लिए 3D विजन की आवश्यकता होगी।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि मैनुअल चिमटी के स्थान पर रोबोट-नियंत्रित संस्करण का उपयोग करना इस प्रकार की सर्जरी के लिए एक आशाजनक कदम है। सिस्टम ने सफलतापूर्वक उपकरणों की स्थिरता में सुधार किया और सर्जन द्वारा आवश्यक शारीरिक प्रयास को कम किया। जबकि वर्तमान संस्करण एक प्रोटोटाइप है जो नियंत्रित सेटिंग में अच्छी तरह से काम करता है, शोधकर्ता इसमें आगे बढ़ने का एक स्पष्ट रास्ता देखते हैं। वे 'फोर्स फीडबैक' जोड़ना चाहते हैं ताकि सर्जन रोबोट के माध्यम से ऊतक को "महसूस" कर सकें और सॉफ्टवेयर को परिष्कृत करना चाहते हैं ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि उपकरण कभी भी कैमरा व्यू को बाधित न करें। गले के भीतर ऊतक को थामने के कठिन कार्य को आसान और अधिक सटीक बनाकर, इस तकनीक का लक्ष्य सर्जनों को अधिक सटीकता और कम थकान के साथ इन जटिल प्रक्रियाओं को करने में मदद करना है।
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