Hand-held robotic device for laparoscopic surgery and training

Laparoscopic surgery (LS) has revolutionized traditional surgical techniques introducing minimally invasive procedures for diagnosis and local therapies. LSs have undeniable advantages, such as small patient incisions, reduced postoperative pain and faster recovery. On the other hand, restricted vision of the anatomical target, difficult handling of the surgical instruments, restricted mobility inside the human body, need of dexterity to hand-eye coordination and inadequate and non-ergonomic surgical instruments may restrict LS only to more specialized surgeons. To overcome the referred limitations, this work presents a new robotic surgical handheld system – the EndoRobot. The EndoRobot was designed to be used in clinical practice or even as a surgical simulator. It integrates an electromechanical system with 3 degrees of freedom. Each degree can be manipulated independently and combined with different levels of sensitivity allowing fast and slow movements. As other features, the EndoRobot has battery power or external power supply, enables the use of bipolar radiofrequency to prevent bleeding while cutting and allows plug-and-play of the laparoscopic forceps for rapid exchange. As a surgical simulator, the system was also instrumented to measure and transmit, in real time, its position and orientation for a training software able to monitor and assist the trainee’s surgical movements.

Assessment of Laparoscopic Skills Performance: 2D Versus 3D Vision and Classic Instrument Versus New Hand-Held Robotic Device for Laparoscopy

Introduction and Objectives. Laparoscopic surgery has undeniable advantages, such as reduced postoperative pain, smaller incisions, and faster recovery. However, to improve surgeons’ performance, ergonomic adaptations of the laparoscopic instruments and introduction of robotic technology are needed. The aim of this study was to ascertain the influence of a new hand-held robotic device for laparoscopy (HHRDL) and 3D vision on laparoscopic skills performance of 2 different groups, naïve and expert. Materials and Methods. Each participant performed 3 laparoscopic tasks—Peg transfer, Wire chaser, Knot—in 4 different ways. With random sequencing we assigned the execution order of the tasks based on the first type of visualization and laparoscopic instrument. Time to complete each laparoscopic task was recorded and analyzed with one-way analysis of variance. Results. Eleven experts and 15 naïve participants were included. Three-dimensional video helps the naïve group to get better performance in Peg transfer, Wire chaser 2 hands, and Knot; the new device improved the execution of all laparoscopic tasks (P < .05). For expert group, the 3D video system benefited them in Peg transfer and Wire chaser 1 hand, and the robotic device in Peg transfer, Wire chaser 1 hand, and Wire chaser 2 hands (P < .05). Conclusion. The HHRDL helps the execution of difficult laparoscopic tasks, such as Knot, in the naïve group. Three-dimensional vision makes the laparoscopic performance of the participants without laparoscopic experience easier, unlike those with experience in laparoscopic procedures.

Dispositivo Médico-Cirúrgico Eletromecânico para Laparoscopia

Os avanços realizados nas técnicas cirúrgicas têm permitido que o tempo de recuperação outrora contado em dias ou até semanas tenha sido reduzido para horas, com os pacientes a saírem do hospital pelo seu próprio pé pouco tempo após a intervenção. Tal resulta numa redução do tempo de recuperação, menos desconforto para o paciente e consequente redução dos custos associados ao internamento. A redução nos tempos de recuperação é fundamentalmente devida às técnicas cirúrgicas minimamente invasivas que assentam sobretudo na utilização de instrumentos laparoscópicos. A anestesia é agora muitas vezes local ou apenas uma sedação, ficando o paciente sob efeito da anestesia durante um período menor quando comparado com as técnicas tradicionais. O desenvolvimento de dispositivos laparoscópicos que permitam ao cirurgião maior manobrabilidade associada a uma atuação simples, sem os movimentos invertidos inerentes aos instrumentos tradicionais, irão permitir realizar intervenções que outrora seriam realizadas com as técnicas tradicionais, de forma segura e menos intrusiva reduzindo o risco de complicações pós-operatórias. Os dispositivos laparoscópicos mais avançados associados a certas técnicas cirúrgicas, permitem a realização de intervenções complexas e de grande minucia através de apenas um orifício LESS (Laparoendoscopic single-site surgery), ou no caso de ser realizada com robô, R-LESS (Robotic laparoendoscopic single-site surgery); reduzindo de forma ainda mais acentuada o tempo de recuperação e o tamanho da cicatriz. O aumento da manobrabilidade dos dispositivos laparoscópicos é obtida através da inclusão de sistemas eletromecânicos relativamente complexos que tentam transpor o movimento da mão para a pinça dentro do paciente. No entanto, a adição destes sistemas podem tornar a manipulação desses dispositivos pouco intuitiva e pouco ergonómica, sobretudo se forem usados com apenas uma das mãos. Por outro lado, quando a atuação deixa de ser realizada de forma puramente mecânica e direta o cirurgião perde sensibilidade da força que está a ser exercida pelo dispositivo já que esta passa a ser efetuada através de um sistema assistido, como por exemplo motores elétricos, sistemas hidráulicos ou pneumáticos. Estes fatores resultam que a aceitação destes dispositivos pelos cirurgiões não tenha sido fácil. Para contornar este problema, o dispositivo desenvolvido para além de grande capacidade de manobra, oferece atuação natural e portabilidade. Contempla uma componente háptica de atuação hidráulica que ajudará o cirurgião a melhor perceci-onar o que se passa na ponta da pinça. Como o movimento da pinça é controlado por um sistema eletromecânico é possível escalonar a amplitude do movimento de entrada e reduzir o tremor fisiológico das mãos. A pinça e respetiva haste é convencional podendo ser usados os trocarts já existentes. Foi desenvolvido um protótipo virtual com todos os componentes necessários para um funcionamento integral. No então não foram realizados protótipos físicos de todos os componentes, nem se sabe como os diferentes módulos interagem entre si.