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

Technische Samenvatting: Cross-platform Integratie van Robotische Intraoperatieve Echografie

Probleemstelling
Intraoperatieve echografie (IOUS) is een cruciaal instrument voor real-time beeldsturing bij minimaal invasieve chirurgie, maar de integratie ervan in robotische workflows blijft gefragmenteerd. Huidige oplossingen vertrouwen vaak op propriëtaire, platformspecifieke sondes, wat de schaalbaarheid beperkt en de overdracht van vaardigheden tussen verschillende robotische systemen belemmert. De stijve schachten van traditionele laparoscopische echografiesondes beperken de acquisitiehoeken en maken intracorporele manipulatie moeilijk. Hoewel "drop-in" sondes (voorzien van een flexibele kabel en een clip voor robotische grijpers) een oplossing bieden, vormt het gebrek aan een gestandaardiseerde, systeem-agnostische workflow over diverse robotische architecturen heen een barrière voor de brede adoptie van Robotische Intraoperatieve Echografie (RIOUS). Er is een behoefte om te bepalen of een enkel procedureel kader succesvol kan worden toegepast op architecturaal verschillende multi-port robotische platforms met behulp van systeem-agnostische hardware.

Methodologie
Deze technische haalbaarheidsstudie werd uitgevoerd in het IRCAD Research and Training Center in Straatsburg, Frankrijk, in een niet-klinische, experimentele setting met een abdominale echografie-fantoom. De studie evalueerde de reproduceerbaarheid van een gestandaardiseerde zesstaps RIOUS-workflow over vier verschillende multi-port robotische chirurgische systemen:

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

Apparatuur en Protocol:

• Echografisch systeem: ARIETTA 750VE (FUJIFILM Healthcare Corporation).
• Sondes: Twee systeem-agnostische drop-in lineaire sondes werden getest: de L43K (12–2 MHz, 26 mm footprint) en de L51K (15–3 MHz, 13 mm footprint). Beide zijn voorzien van flexibele kabels en clips die ontworpen zijn voor standaard robotische grijpers.
• Fantoom: Een gevalideerd US-3 IOUSFAN abdominal fantoom, geplaatst in een box-trainer om realistische trocarconfiguraties en anatomische structuren te simuleren.
• Workflow: Een gestructureerd zesstaps protocol werd identiek toegepast op alle platforms:
  1. Positionering van de echografieapparatuur ten opzichte van de robotwagen en de console.
  2. Pre-activatie veiligheidscontroles (bevestiging sonde, kabelrouting, arminterferentie).
  3. Trocarconfiguratie (gebruikmakend van een extra 12-mm accessoire trocar).
  4. Inbrengen van de sonde onder directe endoscopische visie.
  5. Consoleconfiguratie en integratie van de beeldweergave.
  6. Instrumentselectie en probe-manipulatie met standaard robotische grijpers.

Belangrijkste Resultaten
De studie toonde succesvol aan dat een gestandaardiseerde RIOUS-workflow haalbaar en reproduceerbaar is over alle vier de geëvalueerde platforms.

• Hardware-integratie: Beide drop-in sondes werden geïntracorporeel ingebracht en gemanipuleerd op alle systemen zonder loslating van de sonde, kabelverstrengeling of robotarm-interferentie. De kleinere L51K-sonde bood voordelen in nauwe ruimtes, terwijl de L43K een superieure beeldkwaliteit bood voor grotere structuren.
• Beeldweergave: Real-time B-mode beeldvorming werd succesvol weergegeven op de chirurgische console op elk systeem, hoewel de integratiemethoden verschilden:
  • da Vinci Xi: Maakte gebruik van native TilePro™ voor simultane split-view weergave.
  • Hugo™ RAS: Vereiste een externe workflow met behulp van het Touch Surgery™ DS1 ecosysteem om het signaal naar een hulpmonitor naast de console te verzenden.
  • Toumai: Gebruikte native Picture-in-Picture (PiP) functionaliteit om de echografie over de endoscopische visie te leggen.
  • hinotori™: Maakte gebruik van split-view of triple-view functionaliteit via de systeemtower-verbinding.
• Instrumentatie: Stabiel grijpen en manipulatie werden bereikt met standaard robotische instrumenten op alle platforms. Hoewel specifieke voorkeursgrijpers varieerden per systeem (bijv. Maryland bipolar forceps voor da Vinci Xi, Cadiere forceps voor Hugo RAS en Toumai, Versatile Grasping Forceps voor hinotori), werd er geen significant verschil waargenomen in de stabiliteit van de clipgreep tussen de twee sondemodellen.
• Consistentie: De kernprocedurele stappen (machinepositionering, trocarstrategie, sonde-inbrenging) bleven consistent over de systemen, waarbij verschillen beperkt bleven tot de kamerindeling, de visualisatiemodaliteit en specifieke instrumentvoorkeuren.

Belangrijkste Bijdragen

1. Eerste Multi-platform Demonstratie: Dit is de eerste technische demonstratie van een RIOUS-workflow uitgevoerd over vier architecturaal verschillende robotische systemen onder identieke experimentele omstandigheden.
2. Gestandaardiseerd Protocol: De studie heeft een reproduceerbare, platform-agnostische zesstaps-protocol vastgesteld dat de technische specificaties van elk systeem adresseert terwijl een gemeenschappelijk procedureel kader behouden blijft.
3. Systeem-agnostische Leefbaarheid: Het onderzoek valideert dat systeem-agnostische drop-in sondes de cross-platform vaardigheidsoverdracht kunnen faciliteren, waardoor de economische en technische last van het ontwikkelen van propriëtaire hardware voor elke robotfabrikant wordt verminderd.
4. Educatieve Bronnen: De studie heeft vier gestructureerde, video-gebaseerde referentiematerialen gegenereerd die de volledige workflow voor elk platform documenteren, bedoeld om chirurgische training en de integratie van RIOUS in robotische chirurgische curricula te ondersteunen.

Betekenis en Claims
Het artikel claimt dat een reproduceerbare, platform-agnostische RIOUS-workflow technisch haalbaar is, wat suggereert dat bekwaamheid in robotische echografie-manipulatie overdraagbaar kan zijn tussen verschillende robotische systemen zonder de noodzaak van volledig aparte leercurricula. Deze bevinding adresseert een kritiek gat in het vakgebied en kan de creatie van "platformspecifieke silo's" voorkomen die de adoptie van intraoperatieve echografie beperken.

De auteurs benadrukken dat dit werk de procedurele basis legt voor toekomstige toepassingen in telesurgery en tele-mentoring, waarbij een externe operator een drop-in sonde kan manipuleren onder beeldsturing terwijl een primaire chirurg opereert. Verder stelt de studie dat RIOUS deels kan compenseren voor het gebrek aan haptische feedback in de robotchirurgie door een extra laag visuele informatie te bieden voor weefselkarakterisering en laesielokalisatie.

De auteurs blijven bescheiden over hun claims en erkennen dat de studie beperkt was tot een fantoommodel en geen single-port systemen of formele telesurgetische simulaties bevatte. Zij benadrukken dat hoewel het procedurele kader overdraagbaar is, de cross-platform overdraagbaarheid van sonografische interpretatievaardigheden verdere formele investigatie vereist. De studie concludeert dat gestandaardiseerde video-documentatie en systeem-agnostische hardware een praktische stap vormen naar collaboratieve, beeldgestuurde robotchirurgie.