Cross-platform integration of robotic intraoperative ultrasound using system-agnostic drop-in probes: technical feasibility and workflow standardization

तकनीकी सारांश: रोबोटिक इंट्राऑपरेटिव अल्ट्रासाउंड का क्रॉस-प्लेटफॉर्म एकीकरण

समस्या विवरण
इंट्राऑपरेटिव अल्ट्रासाउंड (IOUS), न्यूनतम आक्रामक सर्जरी (minimally invasive surgery) में वास्तविक समय के इमेज मार्गदर्शन के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है, फिर भी इसका रोबोटिक वर्कफ़्लो में एकीकरण खंडित बना हुआ है। वर्तमान समाधान अक्सर मालिकाना (proprietary), प्लेटफॉर्म-विशिष्ट प्रोब पर निर्भर करते हैं जो स्केलेबिलिटी को सीमित करते हैं और विभिन्न रोबोटिक प्रणालियों के बीच कौशल हस्तांतरण में बाधा डालते हैं। पारंपरिक लैप्रोस्कोपिक अल्ट्रासाउंड प्रोब के कठोर शाफ्ट अधिग्रहण कोणों (acquisition angles) को सीमित करते हैं और इंट्राकोरल हेरफेर को कठिन बनाते हैं। हालांकि "ड्रॉप-इन" प्रोब (जिसमें एक लचीली केबल और रोबोटिक ग्रैस्पर्स के लिए एक क्लिप होता है) एक समाधान प्रदान करते हैं, लेकिन विविध रोबोटिक आर्किटेक्चर के बीच एक मानकीकृत, सिस्टम-एग्नोस्टिक वर्कफ़्लो की कमी रोबोटिक इंट्राऑपरेटिव अल्ट्रासाउंड (RIOUS) के व्यापक अंगीकरण के लिए एक बाधा है। यह निर्धारित करने की आवश्यकता है कि क्या एक एकल प्रक्रियात्मक ढांचा (procedural framework) विभिन्न आर्किटेक्चरल रूप से भिन्न मल्टी-पोर्ट रोबोटिक प्लेटफॉर्म पर सिस्टम-एग्नोस्टिक हार्डवेयर का उपयोग करके सफलतापूर्वक लागू किया जा सकता है।

कार्यप्रणाली (Methodology)
यह तकनीकी व्यवहार्यता अध्ययन स्ट्रैसबर्ग, फ्रांस में IRCAD अनुसंधान और प्रशिक्षण केंद्र में एक गैर-नैदानिक, प्रयोगात्मक सेटिंग में एक एब्डोमिनल अल्ट्रासाउंड फैंटम का उपयोग करके आयोजित किया गया था। अध्ययन ने चार अलग-अलग मल्टी-पोर्ट रोबोटिक सर्जिकल सिस्टम में एक मानकीकृत छह-चरणीय RIOUS वर्कफ़्लो की पुनरुत्पादकता (reproducibility) का मूल्यांकन किया:

1. da Vinci Xi (Intuitive Surgical)
2. Hugo™ RAS (Medtronic)
3. Toumai (MicroPort® MedBot™)
4. hinotori™ (Medicaroid Corporation)

उपकरण और प्रोटोकॉल:

• अल्ट्रासाउंड सिस्टम: ARIETTA 750VE (FUJIFILM Healthcare Corporation)।
• प्रोब्स: दो सिस्टम-एग्नोस्टिक ड्रॉप-इन लीनियर प्रोब का परीक्षण किया गया: L43K (12–2 MHz, 26 mm फुटप्रिंट) और L51K (15–3 MHz, 13 mm फुटप्रिंट)। दोनों में लचीली केबल और मानक रोबोटिक ग्रैस्पर्स के लिए डिज़ाइन किए गए क्लिप हैं।
• फैंटम: एक मान्य US-3 IOUSFAN एब्डोमिनल फैंटम, जिसे यथार्थवादी ट्रोकार कॉन्फ़िगरेशन और शारीरिक संरचनाओं का अनुकरण करने के लिए एक बॉक्स ट्रेनर में रखा गया था।
• वर्कफ़्लो: सभी प्लेटफॉर्मों पर समान रूप से एक संरचित छह-चरणीय प्रोटोकॉल लागू किया गया था:
  1. रोबोटिक कार्ट और कंसोल के सापेक्ष अल्ट्रासाउंड मशीन की स्थिति।
  2. प्री-एक्टिवेशन सुरक्षा जांच (प्रोब अटैचमेंट, केबल रूटिंग, आर्म इंटरफेरेंस)।
  3. ट्रोकार कॉन्फ़िगरेशन (एक अतिरिक्त 12-mm एक्सेसरी ट्रोकार का उपयोग करते हुए)।
  4. प्रत्यक्ष एंडोस्कोपिक विजन के तहत प्रोब का सम्मिलन।
  5. कंसोल कॉन्फ़िगरेशन और इमेज डिस्प्ले एकीकरण।
  6. मानक रोबोटिक ग्रैस्पर्स का उपयोग करके इंस्ट्रूमेंट चयन और प्रोब हेरफेर।

मुख्य परिणाम
अध्ययन ने सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया कि एक मानकीकृत RIOUS वर्कफ़्लो सभी चार मूल्यांकित प्लेटफॉर्मों पर व्यवहार्य और पुनरुत्पादक है।

• हार्डवेयर एकीकरण: दोनों ड्रॉप-इन प्रोब को बिना प्रोब अलग हुए, केबल उलझने या रोबोटिक आर्म इंटरफेरेंस के, सभी सिस्टमों पर इंट्राकोरिली डाला और हेरफेर किया गया। छोटे L51K प्रोब ने संकुचित स्थानों में लाभ दिया, जबकि L43K ने बड़ी संरचनाओं के लिए बेहतर इमेज गुणवत्ता प्रदान की।
• इमेज डिस्प्ले: प्रत्येक सिस्टम पर सर्जन के कंसोल पर रीयल-टाइम B-मोड इमेजिंग सफलतापूर्वक प्रदर्शित की गई, हालांकि एकीकरण के तरीके भिन्न थे:
  • da Vinci Xi: समवर्ती स्प्लिट-व्यू डिस्प्ले के लिए नेटिव TilePro™ का उपयोग किया गया।
  • Hugo™ RAS: सिग्नल को कंसोल के पास एक सहायक मॉनिटर तक ट्रांसमिट करने के लिए Touch Surgery™ DS1 इकोसिस्टम का उपयोग करते हुए एक बाहरी वर्कफ़्लो की आवश्यकता थी।
  • Toumai: एंडोस्कोपिक दृश्य पर अल्ट्रासाउंड को ओवरले करने के लिए नेटिव पिक्चर-इन-पिक्चर (PiP) कार्यक्षमता का उपयोग किया गया।
  • hinotori™: सिस्टम टॉवर कनेक्शन के माध्यम से स्प्लिट-व्यू या ट्रिपल-व्यू कार्यक्षमता का उपयोग किया गया।
• इंस्ट्रूमेंटेशन: सभी प्लेटफॉर्मों पर मानक रोबोटिक उपकरणों का उपयोग करके स्थिर ग्रैस्पिंग और हेरफेर प्राप्त किया गया। हालांकि विशिष्ट पसंदीदा ग्रैस्पर्स सिस्टम के अनुसार भिन्न थे (जैसे, da Vinci Xi के लिए मैरीलैंड बाइपोलर फोर्सेप्स, Hugo RAS और Toumai के लिए कैडिएरे फोर्सेप्स, hinotori के लिए वर्सटाइल ग्रैस्पिंग फोर्सेप्स), दोनों प्रोब मॉडल के बीच क्लिप ग्रिप स्थिरता में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं देखा गया।
• निरंतरता: मुख्य प्रक्रियात्मक चरण (मशीन पोजिशनिंग, ट्रोकार रणनीति, प्रोब इंसर्शन) सभी सिस्टमों में सुसंगत रहे, अंतर केवल रूम लेआउट, विज़ुअलाइज़ेशन मोडैलिटी और विशिष्ट इंस्ट्रूमेंट प्राथमिकताओं तक सीमित थे।

प्रमुख योगदान

1. प्रथम मल्टी-प्लेटफॉर्म प्रदर्शन: यह चार वास्तुशिल्प रूप से भिन्न रोबोटिक सिस्टम में समान प्रयोगात्मक स्थितियों के तहत किए गए RIOUS वर्कफ़्लो का पहला तकनीकी प्रदर्शन है।
2. मानकीकृत प्रोटोकॉल: अध्ययन ने एक पुनरुत्पादक, प्लेटफॉर्म-एग्नोस्टिक छह-चरणीय प्रोटोकॉल स्थापित किया है जो प्रत्येक सिस्टम की तकनीकी विशिष्टताओं को संबोधित करते हुए एक सामान्य प्रक्रियात्मक ढांचे को बनाए रखता है।
3. सिस्टम-एग्नोस्टिक व्यवहार्यता: शोध यह प्रमाणित करता है कि सिस्टम-एग्नोस्टिक ड्रॉप-इन प्रोब क्रॉस-प्लेटफॉर्म कौशल हस्तांतरण को सुगम बना सकते हैं, जिससे प्रत्येक रोबोटिक निर्माता के लिए मालिकाना हार्डवेयर विकसित करने के आर्थिक और तकनीकी बोझ को कम किया जा सकता है।
4. शैक्षिक संसाधन: अध्ययन ने प्रत्येक प्लेटफॉर्म के लिए पूर्ण वर्कफ़्लो को दस्तावेजीकृत करने वाली चार संरचित, वीडियो-आधारित संदर्भ सामग्रियां तैयार की हैं, जिनका उद्देश्य सर्जन प्रशिक्षण और रोबोटिक सर्जिकल पाठ्यक्रमों में RIOUS के एकीकरण में सहायता करना है।

महत्व और दावे
पेपर दावा करता है कि एक पुनरुत्पादक, प्लेटफॉर्म-एग्नोस्टिक RIOUS वर्कफ़्लो तकनीकी रूप से व्यवहार्य है, जो यह सुझाव देता है कि रोबोटिक अल्ट्रासाउंड हेरफेर में दक्षता को पूरी तरह से अलग शिक्षण पाठ्यक्रमों की आवश्यकता के बिना विभिन्न रोबोटिक सिस्टमों में स्थानांतरित किया जा सकता है। यह निष्कर्ष क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण अंतर को संबोधित करता है, जो संभावित रूप से "प्लेटफॉर्म-विशिष्ट साइलो" के निर्माण को रोकता है जो इंट्राऑपरेटिव अल्ट्रासाउंड के अंगीकरण को सीमित करते हैं।

लेखक इस बात पर जोर देते हैं कि यह कार्य टेलीसर्जरी और टेली-मेंटरिंग के भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए प्रक्रियात्मक आधार तैयार करता है, जहाँ एक रिमोट ऑपरेटर इमेज गाइडेंस के तहत एक ड्रॉप-इन प्रोब को संचालित कर सकता है जबकि एक प्राथमिक सर्जन ऑपरेशन करता है। इसके अलावा, अध्ययन का तर्क है कि RIOUS ऊतक लक्षण वर्णन (tissue characterization) और घाव के स्थानीयकरण के लिए सूचना की एक अतिरिक्त परत प्रदान करके रोबिक सर्जरी में हैप्टिक फीडबैक की कमी की आंशिक रूप से भरपाई कर सकता है।

लेखक अपने दावों के प्रति विनम्र रहते हैं, यह स्वीकार करते हुए कि अध्ययन फैंटम मॉडल तक सीमित था और इसमें सिंगल-पोर्ट सिस्टम या औपचारिक टेलीसर्जिकल सिमुलेशन शामिल नहीं थे। वे इस बात पर जोर देते हैं कि हालांकि प्रक्रियात्मक ढांचा हस्तांतरणीय है, सोनोग्राफिक व्याख्या कौशल का क्रॉस-प्लेटफॉर्म हस्तांतरणीयता के लिए आगे औपचारिक जांच की आवश्यकता है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि मानकीकृत वीडियो दस्तावेज़ीकरण और सिस्टम-एग्नोस्टिक हार्डवेयर सहयोगात्मक, इमेज-गाइडेड रोबोटिक सर्जरी की ओर एक व्यावहारिक कदम है।