Cirurgia Robótica

Uma parceria auspiciosa entre a Medicina e a Engenharia

Este ano, tanto a área médica como a da engenharia entraram em êxtase após o sucesso da performance de um robô autônomo em uma cirurgia em tecido macio vivo. Entenda como isso foi apenas o começo e o motivo de que os robôs não irão substituir os cirurgiões humanos em um futuro próximo.

No começo de maio deste ano (2016), a mídia foi tomada pela notícia que um grande avanço no campo da cirurgia automatizada tinha sido realizado: um braço robótico foi capaz de realizar adequadamente suturas em um tecido sintético, e sua performance em tecido vivo de porco foi ainda mais impressionante. A partir de então, aquela velha conversa sobre os robôs tomarem o mundo – mais especificamente, as salas de cirurgia – voltou e trouxe à tona novas e antigas discussões sobre o avanço da tecnologia na medicina.

Na imaginação popular, um robô fazer uma cirurgia parece algo fácil. A ficção científica, como de costume, já antecipou em 2012, com o filme Prometheus, um robô realizando uma cirurgia cesariana, quando quatro anos depois ainda estamos longe de algo semelhante. Sim, robôs podem fazer cortes precisos com uma lâmina, inserir agulhas e até dar pontos, mas possuem como principal deficiência uma visão bastante falha. E foi um progresso nesse aspecto que possibilitou a sutura noticiada. Antes disso, os robôs eram mais utilizados como uma “terceira mão” para os cirurgiões, uma vez que em um ambiente confuso e lotado, como em uma cirurgia em tecido suave, os robôs tendem a ter problemas em manter o caminho quando as características dos orgãos dependem umas da outras e mudam conforme os procedimentos acontecem.

A cirurgia robótica existe há cerca de apenas 30 anos, com o robô chamado PUMA 560, que teve como primeira tarefa posicionar uma agulha para uma biópsia cerebral. A partir disso, o potencial para robôs na área médica passou a ser explorado mais intensamente, pois além dos motivos já comumente conhecidos dos robôs superarem as falibilidades humanas, como tremores e cansaço dos cirurgiões, outros fatores surgiram com o avanço da engenharia e a consequente redução das escalas. Um deles é a capacidade de realizar procedimentos antes impossíveis para as mãos humanas, outro é a capacidade de promover cirurgias minimamente invasivas. Ambos são particularidades que significam menor hospitalização e recuperações mais rápidas dos pacientes. Além de outros benefícios como: menor perda de sangue, menor formação de cicatrizes e risco reduzido de infecções.

Assim, a tecnologia voltada para a robótica médica teve fortes investimentos, o que garantiu seu rápido avanço. Atualmente, são diversos os casos que já são tratados com sucesso por meio de cirurgias assistidas roboticamente, como as cirurgias colorretal, geral, ginecológica, de coração, torácica, urológica, de cabeça e pescoço, de endometriose, dentre outras.

Apesar disso, é válido mais uma vez aludir que todas essas modalidades de cirurgias são ainda apenas assistidas por robôs. Até a “simples” tarefa de fechar o corte com os pontos ao fim de uma cirurgia é minuciosamente realizada pelos cirurgiões. Muitos pensam que isso é um desperdício de potencial, afinal, um cirurgião é um profissional altamente treinado e especializado, com importantes habilidades e conhecimentos, que ao final do procedimento cirúrgico principal poderia imediatamente seguir para outro caso. Contudo, cirurgiões perdem muitas vezes horas somente suturando pacientes.

Foi nesse sentido que criaram o STAR (Smart Tissue Autonomous Robot), o novo sistema responsável pelo grande avanço. O STAR trouxe um passo mais próximo à cirurgia automatizada. Para compreender o que vê, esse sistema “ilumina” a cena com fluorescência próxima ao infravermelho e usa uma técnica chamada plenoptic imaging, também conhecida por câmera de campo de luz, criando um modelo 3D do ambiente pela comparação dos pontos de vista de várias câmeras. Em outras palavras, esse método permite, por exemplo, que imagens sejam focalizadas, onde se deseja, após serem feitas.

Essa tecnologia foi a chave para permitir que, finalmente, robôs pudessem efetivamente operar em tecido mole, pelo fato de poder combinar toda a informação da imagem, possibilitando que o STAR mantivesse o foco no alvo. A ela foi associado um braço robótico com oito graus de liberdade – um a mais que um braço humano. Dessa forma, sob supervisão médica e de engenheiros, o STAR com sua própria visão, ferramentas e inteligência, fez seu plano para a tarefa e ajustou o plano conforme o movimento dos tecidos durante a operação. Assim, o robô foi capaz de fazer suturas lineares e anastomose intestinal (conectar seções de intestino), tal como os cirurgiões humanos, com a diferença que estes levavam cinco vezes mais tempo e seus resultados não eram tão consistentes e nem tão uniformes como os do STAR.

The robots are coming. Os robôs estão vindo – só não para a posição de médicos ainda. Trata-se de uma crise de confiabilidade. Muitos projetos de máquinas interessantes chegam aos hospitais mas são descartados por questões de segurança. Por exemplo, a Johnson & Johnson criou um robô capaz de adormecer pacientes para a realização de procedimentos simples, como colonoscopias. Parece algo ótimo, quem não iria gostar? Os anestesistas, claro. Grupos de profissionais questionaram bastante a segurança do dispositivo, mesmo este tendo sido aprovado pelo FDA (Food and Drug Administration), e pouco depois a empresa parou de vender seus robôs anestesistas.

Os fabricantes começaram então a perceber que para ganhar a confiança dos hospitais era preciso não tornar os médicos obsoletos, e sim torná-los “Iron Man”. Daí a grande popularidade do sistema da Intuitive Surgical chamado da Vinci, o atual robô estado da arte para cirurgias em tecido suave, que é controlado por um cirurgião em uma cabine.

O sistema da Vinci tem trazido cirurgias minimamente invasivas para mais de 3 milhões de pacientes ao redor do mundo, sendo conduzido e aprovado pela FDA por mais de uma década, sendo sua última versão, a Xi, otimizada para procedimentos complexos. Ele possui uma visão 3D de alta definição, que permite a utilização de realidade aumentada, e pequenos instrumentos semelhantes a punhos, que se curvam e rotacionam muito mais que uma mão humana. Como resultado, da Vinci permite a um cirurgião a operar com visão aprimorada, precisão e controle.

Portanto, “se a tecnologia por trás do STAR estiver nos hospitais em qualquer futuro próximo, ela provavelmente estará associada a uma plataforma já existente, como o da Vinci, em que os médicos ainda têm a palavra final”, disse Peter Kim, cirurgião pediátrico da equipe STAR. O que faz sentido, uma vez que o grande diferencial do STAR é em software, não em hardware. Seu braço robótico é somente mais um braço dos produzidos pela companhia alemã Kuka, que produz braços robóticos de todos os tamanhos para fins industriais.

Ademais, o STAR ainda é dependente de um cirurgião para realizar os procedimentos iniciais, como marcar a primeira incisão e organizar as peças antes de começar seu algoritmo autônomo de sutura. Em 40% das tentativas, o robô sofreu interferências dos pesquisadores, a fim de guiá-lo em algum modo. Nos outros 60% dos testes, fez o trabalho completamente sozinho. Desse fato, pode-se perceber qual a real tendência apropriada para processos autônomos supervisionados, não invalidando o ideal de autonomia. Cirurgiões humanos poderiam superviosionar ou trocar procedimentos com o robô, permitindo à máquina executar as tarefas de rotina ou tediosas e, caso algo crítico ocorresse, o cirurgião iria monitorar de perto o robô.

Imagine a situação: durante uma operação de retirada de um tumor no rim, após o fluxo de sangue voltar a passar pelo órgão, embora os pontos pareçam limpos, de repente um jorro de sangue preenche a tela e o médico precisa realizar mais uma sutura. É algo bastante simples e rotineiro de cirurgiões, entretanto, para um robô lidar com uma situação inesperada similar, ainda há muito a ser feito. A visão teria que reconhecer a mancha de sangue como um problema sério; em seguida, o software teria que reconhecer a melhor maneira de costurar o corte e, então, os instrumentos necessários seriam selecionados, para que, finalmente, um programa avaliador analisasse os resultados e determinasse quais seriam as próximas ações. Conseguir que um robô domine com maestria cada uma dessas etapas – sentir, decidir, executar e avaliar- é um enorme desafio para a engenharia.

Para solucioná-lo, já se pratica deixar que os robôs aprendam sozinhos. Especialistas realizaram experimentos em que o da Vinci gravou dados enquanto cirurgiões de diversos níveis de habilidade usavam seus braços robóticos para executar procedimentos como suturas. Um algoritmo que tomava as informações visuais e de movimento dividia cada ponto em etapas (posicionar a agulha, puxar a agulha para frente e para trás). Com esse método, teoricamente, o da Vinci poderia aprender qualquer trabalho cirúrgico.

Aprender por demonstração mostrou-se, até o momento, como a forma mais eficiente na área de aprendizado robótico. Para a enorme variedade de atividades e para as mais complicadas, um robô pode requerer a análise de dados de milhares de operações, o que não é problema já que a cada ano cirurgiões fazem mais de 500.000 procedimentos usando o da Vinci, bastando que os profissionais compartilhem as informações de cada atuação – com proteção à privacidade dos pacientes, claro. “O sistema poderia extrair dados, melhorar seus algoritmos e sintonizar a execução”, diz Ken Goldberg, professor da UC Berkeley.

As perspectivas futuras são promissoras, todavia, deve-se ressaltar que os benefícios de cirurgias assistidas por robôs ainda são um debate em aberto, pois embora sejam minimamente invasivas, os sistemas são onerosos, o que geram cirurgias mais caras e os benefícios gerais para o paciente nem sempre são certos.
Além disso, a capacidade técnica não é a única barreira para a aceitação maior dos robôs dentre os cirurgiões: é preciso confiança. A empresa Mazor Robotics fabrica um robô que identifica onde cirurgiões devem inserir parafusos dentro de ossos e que também é plenamente capaz de fazer as perfurações, contudo a Mazor Robotics descobriu que os cirurgiões preferiam utilizar eles mesmos as brocas. “A chave para a robótica em cirurgia é adicionar valor […], e não mergulhar de uma vez.”, diz o CEO da Mazor.
A história da medicina mostra que os cirurgiões são fascinados em melhorar suas performances e querem adotar qualquer nova ferramenta que se prove útil. Um cirurgião de 50 anos atrás não reconheceria uma sala de cirurgia atual. Ninguém mais opera apenas com um bisturi. Se uma maior automação aperfeiçoar os resultados, o mesmo princípio será aplicado.

Nesse contexto, alguns poucos estudos já mostram bons resultados. Como um realizado pela Universidade da Califórnia, em Los Angeles, no qual concluíram que em pacientes com cancer de próstata que se submeteram às cirurgias assistidas roboticamente para o tratamento tiveram menos instâncias de células cancerígenas na borda da amostra cirúrgica e menor necessidade de tratamentos adicionais contra o câncer, como terapia
radioativa ou hormonal, quando comparados com aqueles submetidos às cirurgias abertas tradicionais.

Essa “revolução” é comumente comparada com o que vem acontecendo com os carros. Ninguém ainda está tentando vender um carro completamente automático porque se trata de um processo lento e gradual ganhar a confiança das pessoas. Primeiramente, adicionaram aos carros o controle de cruzeiro, depois a mudança de faixa e a assitência ao estacionar. Paulatinamente somos levados a confiar nos carros autônomos por experiências que não podemos refutar seus avanços e vantagens. Para a cirurgia, essa analogia é, de fato, válida. O bem do paciente está em jogo, e a medicina tomará o tempo que for necessário para garantir que pode confiar, mais uma vez, na engenharia.

Referências:
Supervised autonomous robotic soft tissue surgery. Azad Shademan, Ryan S. Decker, Justin D. Opfermann, Simon Leonard, Axel Krieger and Peter C. W. Kim. Sheikh Zayed Institute for Pediatric Surgical Innovation. SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE. 4 de maio de 2016. Vol. 8, Issue 337, pp. 337ra64. DOI: 10.1126/scitranslmed.aad9398.

Cal-MR: Center for Automation and Learning for Medical Robotics. Berkeley, CA. Disponível em http://cal-mr.berkeley.edu/. Acesso em 1º de junho de 2016.

Would You Trust a Robot Surgeon to Operate on You? Eliza Strickland. Disponível em http://spectrum.ieee.org/…/would-you-trust-a-robot-surgeon-…. Acesso em 31 de maio de 2016.

About Robotic Surgery at UCLA. UCLA Robotic Surgery. Disponível em https://www.uclahealth.org/…/Pag…/About-Robotic-Surgery.aspx. Acesso em 1º de junho de 2016.

New Da Vinci Xi Surgical Robot Is Optimized for Complex Procedures. Evan Ackerman. Disponível em http://spectrum.ieee.org/…/m…/new-da-vinci-xi-surgical-robot. Acesso em 1º de junho de 2016.

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