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

Sintesi Tecnica: Integrazione Cross-Platform dell'Ecografia Intraoperatoria Robotica

Problema
L'ecografia intraoperatoria (IOUS) è uno strumento critico per la guida d'immagine in tempo reale nella chirurgia mininvasiva, tuttavia la sua integrazione nei flussi di lavoro robotici rimane frammentata. Le soluzioni attuali spesso si affidano a sonde proprietarie e specifiche per singola piattaforma, il che limita la scalabilità e ostacola il trasferimento delle competenze tra diversi sistemi robotici. Gli steli rigidi delle tradizionali sonde ecografiche laparoscopiche limitano gli angoli di acquisizione e rendono difficile la manipolazione intracorporea. Sebbene le sonde "drop-in" (caratterizzate da un cavo flessibile e una clip per i grasper robotici) offrano una soluzione, la mancanza di un workflow standardizzato e indipendente dal sistema (system-agnostic) attraverso diverse architetture robotiche pone una barriera all'adozione diffusa dell'Ecografia Intraoperatoria Robotica (RIOUS). È necessario determinare se un singolo framework procedurale possa essere applicato con successo su piattaforme robotiche multi-port con architetture distinte utilizzando hardware agnostico rispetto al sistema.

Metodologia
Questo studio di fattibilità tecnica è stato condotto presso l'IRCAD Research and Training Center di Strasburgo, Francia, utilizzando un ambiente sperimentale non clinico con un fantoccio addominale ecografico. Lo studio ha valutato la riproducibilità di un workflow RIOUS standardizzato in sei fasi attraverso quattro distinti sistemi chirurgici robotici multi-port:

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

Attrezzatura e Protocollo:

• Sistema Ecografico: ARIETTA 750VE (FUJIFILM Healthcare Corporation).
• Sonde: Sono state testate due sonde lineari drop-in agnostiche: la L43K (12–2 MHz, impronta di 26 mm) e la L51K (15–3 MHz, impronta di 13 mm). Entrambe presentano cavi flessibili e clip progettati per standard grasper robotici.
• Fantoccio: Un fantoccio addominale validato US-3 IOUSFAN alloggiato in un box trainer per simulare configurazioni dei trocar e strutture anatomiche realistiche.
• Workflow: Un protocollo strutturato in sei fasi è stato applicato identicamente a tutte le piattaforme:
  1. Posizionamento della macchina ecografica rispetto al carrello robotico e alla console.
  2. Controlli di sicurezza pre-attivazione (attacco della sonda, routing del cavo, interferenza del braccio).
  3. Configurazione dei trocar (utilizzando un trocar accessorio aggiuntivo da 12 mm).
  4. Inserimento della sonda sotto visione endoscopica diretta.
  5. Configurazione della console e integrazione della visualizzazione dell'immagine.
  6. Selezione degli strumenti e manipolazione della sonda utilizzando grasper robotici standard.

Risultati Chiave
Lo studio ha dimostrato con successo che un workflow RIOUS standardizzato è fattibile e riproducibile su tutte le quattro piattaforme valutate.

• Integrazione Hardware: Entrambe le sonde drop-in sono state inserite e manipolate intracorporeamente su tutti i sistemi senza distacco della sonda, grovigli di cavi o interferenze dei bracci robotici. La sonda più piccola L51K ha offerto vantaggi in spazi ristretti, mentre la L43K ha fornito una qualità d'immagine superiore per strutture più grandi.
• Visualizzazione Immagini: L'imaging B-mode in tempo reale è stato visualizzato con successo sulla console del chirurgo in ogni sistema, sebbene le modalità di integrazione differissero:
  • da Vinci Xi: Ha utilizzato la funzione nativa TilePro™ per la visualizzazione simultanea a split-view.
  • Hugo™ RAS: Ha richiesto un workflow esterno utilizzando l'ecosistema Touch Surgery™ DS1 per trasmettere il segnale a un monitor ausiliario adiacente alla console.
  • Toumai: Ha utilizzato la funzionalità nativa Picture-in-Picture (PiP) per sovrapporre l'ecografia alla vista endoscopica.
  • hinotori™: Ha impiegato una funzionalità di split-view o triple-view tramite la connessione della torre di sistema.
• Strumentazione: La presa stabile e la manipolazione sono state ottenute utilizzando strumenti robotici standard su tutte le piattaforme. Sebbene i grasper preferiti variassero in base al sistema (ad esempio, Maryland bipolar forceps per da Vinci Xi, Cadiere forceps per Hugo RAS e Toumai, Versatile Grasping Forceps per hinotori), non sono state osservate differenze significative nella stabilità della presa della clip tra i due modelli di sonda.
• Coerenza: Le fasi procedurali core (posizionamento della macchina, strategia dei trocar, inserimento della sonda) sono rimaste coerenti tra i sistemi, con differenze limitate alla disposizione della stanza, alla modalità di visualizzazione e alle preferenze specifiche degli strumenti.

Contributi Chiave

1. Prima Dimostrazione Multi-Platform: Questa è la prima dimostrazione tecnica di un workflow RIOUS eseguito su quattro sistemi robotici architettonicamente distinti sotto identiche condizioni sperimentali.
2. Protocollo Standardizzato: Lo studio ha stabilito un protocollo riproducibile e agnostico rispetto alla piattaforma in sei fasi che affronta le specificità tecniche di ciascun sistema mantenendo un framework procedurale comune.
3. Viabilità Agnostica rispetto al Sistema: La ricerca valida il fatto che le sonde drop-in agnostiche possono facilitare il trasferimento delle competenze tra le piattaforme, riducendo l'onere economico e tecnico dello sviluppo di hardware proprietario per ogni produttore di robot.
4. Risorse Educative: Lo studio ha generato quattro materiali di riferimento video strutturati che documentano il workflow completo per ogni piattaforma, destinati a supportare l'addestramento del chirurgo e l'integrazione della RIOUS nei curricula di chirurgia robotica.

Significato e Rivendicazioni
Il documento afferma che un workflow RIOUS riproducibile e agnostico rispetto alla piattaforma è tecnicamente fattibile, suggerendo che la competenza nella manipolazione ecografica robotica può essere trasferibile tra diversi sistemi robotici senza la necessità di curricula di apprendimento completamente separati. Questa scoperta affronta una lacuna critica nel campo, prevenendo potenzialmente la creazione di "silos specifici per piattaforma" che limitano l'adozione dell'ecografia intraoperatoria.

Gli autori sottolineano che questo lavoro getta le basi procedurali per future applicazioni in telesurgery (telechirurgia) e tele-mentoring, dove un operatore remoto potrebbe manipolare una sonda drop-in sotto guida d'immagine mentre un chirurgo primario opera. Inoltre, lo studio pone l'ipotesi che la RIOUS possa compensare parzialmente la mancanza di feedback aptico nella chirurgia robotica fornendo un ulteriore livello di informazione visiva per la caratterizzazione dei tessuti e la localizzazione delle lesioni.

Gli autori mantengono un approccio modesto riguardo alle loro rivendicazioni, riconoscendo che lo studio è stato limitato a un modello fantoccio e non ha incluso sistemi single-port o simulazioni formali di telesurgery. Evidenziano che, sebbene il framework procedurale sia trasferibile, la trasferibilità cross-platform delle competenze di interpretazione sonografica richiede ulteriori indagini formali. Lo studio conclude che la documentazione video standardizzata e l'hardware agnostico rispetto al sistema rappresentano un passo pratico verso una chirurgia robotica collaborativa e guidata dalle immagini.