Chciałby pan, byśmy zrobili własnego robota chirurgicznego? – zapytał doktor Nawrat profesora Religę. – Kiedy będę mógł nim operować? – odpowiedział profesor. Tak powstał Robin Heart
Najpierw był Robin Heart 1 z niezależną podstawą. Dziś w laboratorium do stołu operacyjnego przymocowany jest Robin Heart PVA, z dwoma ramionami. Ale w Instytucie Protez Serca w Zabrzu powstały też inne Robiny: m.in. sterujący endoskopem Robin Heart Vision, Tele Robin Heart z oryginalną platformą narzędziową i konsolą sterowniczą Robin Heart Shell dla chirurga i wreszcie największy, trójramienny robot zastępujący pracę dwóch chirurgów i asystenta kierującego torem wizyjnym – Robin Heart mc2.
– Oto Robin Heart, pierwszy polski robot chirurgiczny przeznaczony do operacji serca – dr Zbigniew Nawrat, dyrektor Instytutu, przedstawia swoje „mechaniczne dziecko”.
– Po co roboty w kardiochirurgii? – pytam.
– Kardiochirurgowi najłatwiej operować przy pełnym otwarciu klatki piersiowej. Jest wtedy blisko pacjenta, widzi dokładnie, co robi, precyzyjnie kontroluje pracę swoich dłoni. Ale to najbardziej inwazyjny sposób wykonywania operacji, więc jeśli to tylko możliwe, wykonuje się zabiegi nieinwazyjne. Chirurg przez niewielkie otwory w ciele wkłada do środka endoskop, czyli narzędzie z kamerą, który będzie pokazywać miejsce zabiegu wewnątrz ciała. Przeprowadza operację za pomocą długich mechanicznych narzędzi endoskopowych. To oczywiście oddala chirurga od miejsca działania, zmienia ergonomię pracy. Chirurg traci możliwość odczuwania interakcji z tkanką i bezpośredni ogląd przestrzeni operacji. W ten sposób traci w pewnym stopniu precyzję, jaką ma, operując klasycznie, przy otwartej klatce. Roboty pomagają zachować idealną precyzję działania i ograniczają inwazyjność zabiegów.
Da Vinci, czyli roboty w medycynie
Korzyści z zastosowania robotów chirurgicznych w medycynie są ogromne: pacjent traci niewiele krwi, jest mniej powikłań, operacje są krótsze, blizny mniejsze, przy operacji potrzeba mniej personelu, można operować na odległość, a pobyt pacjenta w szpitalu trwa krócej.
Dlatego z roku na rok w szpitalach przybywa takich maszyn. Technologie robotów chirurgicznych były rozwijane we Włoszech, Niemczech, Anglii, Chinach, Francji, Holandii i Polsce , jednak na rynku króluje, drogi ale popularny amerykański Da Vinci, wykorzystywany głównie w urologii i ginekologii. Pięć tysięcy da vincich w różnych zakątkach świata przeprowadza rocznie milion operacji. W Polsce pierwszy z nich, będący przy okazji pierwszym u nas robotem chirurgicznym, pojawił się w 2010 roku. W 2018 w polskich szpitalach pracowało pięć takich robotów; przeprowadziły 60 zabiegów. W 2019 było już ich osiem i miały na koncie prawie 900 operacji.
Według raportu „Rynek robotyki chirurgicznej w Polsce 2019. Prognozy na lata 2020-2023”, opracowanego przez Upper Finance i PMR, w USA jeden da vinci przypada na 100 tysięcy mieszkańców, w Europie jest jeden na 800 tysięcy, a w Polsce – jeden na 6,5 miliona. W Niemczech pracuje 130 systemów Da Vinci, w Polsce osiem. Jak obliczyła Karolina Kroczek, doktorantka Zbigniewa Nawrata, w Polsce powinno być takich robotów ponad 30, by utrzymać standardy europejskie.
Rewolucja za grosze
Skąd nazwa Robin Heart?
– Od rob in heart, co znaczy: „robot w sercu”, bo to robot przeznaczony do operacji serca – wyjaśnia dr Nawrat. – Ale podobało mi się również skojarzenie z Robin Hoodem. To miał być robot tani i dostępny dla wszystkich, w przeciwieństwie do drogiego Da Vinci.
Drogi jest nie tylko sam Da Vinci, lecz także jego serwisowanie. Poza tym nie nadaje się do wszystkiego – służy głównie do operacji ginekologicznych i urologicznych.
– My zaczęliśmy od najtrudniejszego – od serca – mówi dr Nawrat. – Już 10 lat temu przetestowaliśmy nasze roboty podczas trzech eksperymentalnych operacji na zwierzętach. Uczestniczyły w operacji woreczka żółciowego, zastawki i operacji wieńcowej. Mamy kilkanaście prototypów. Nasz Robin Heart mc2 jest dziś największym robotem chirurgicznym na świecie.
Tyle że żaden z Robinów do dziś nie jest produkowany. To jedynie wersje badawcze. Tylko najprostszego – Robin Heart PortVisionAble PVA (przenośny, lekki robot toru wizyjnego), udało się skomercjalizować. W zeszłym roku instytut sprzedał na niego licencję.
– Gdybyśmy mieli pieniądze, to od 10 lat mielibyśmy w Polsce własnego robota chirurgicznego – w głosie Nawrata żal miesza się z irytacją. – W ciągu tych 20 lat, które poświęciliśmy na pracę nad polskim robotem, wydaliśmy mniej niż potrzeba na zakup jednego da vinci. Za mniejsze pieniądze właściwie stworzyliśmy w Polsce od podstaw nową dziedzinę i nauczyliśmy ludzi myślenia o robotach. Zaczęliśmy organizować konferencje, wydawać czasopisma, powstały katedry i zakłady robotyki. Nie wiem, co więcej mógłbym jeszcze zrobić.
To, co u góry, i to, co na dole
Jak to się stało, że w Zabrzu powstają prototypy jednych z najlepszych robotów kardiochirurgicznych na świecie? Dr Nawrat mówi, że przez przypadek. Przypadek, którym był profesor Religa.
– Przyjechał do nas na Śląsk i zmienił mój życiorys – uśmiecha się Nawrat. – W moim przypadku na początku była fizyka teoretyczna. Zachwycał mnie pomysł ogarnięcia wszystkiego: tego, co u góry, i tego, co na dole, zarówno w nano, jak w makroskali. Dorastałem w przekonaniu, że wkrótce wszystko zrozumiemy i będziemy potrafili to wykorzystać dla naszych celów. Ale kiedy dowiedziałem się, że profesor Religa właśnie organizuje Pracownię Sztucznego Serca w Zabrzu, odważyłem się, pojechałem do Romka Kustosza, który nadzorował projekt i zapytałem, czy potrzebowałby mojej pomocy. Był rok 1988. Rozmowa z wówczas docentem Religą była krótka, a konsekwencje jak widać trwałe. Na początek razem z Romkiem Kustoszem wykonywaliśmy specjalne zadanie: zrobić polskie sztuczne serce. Potem budowaliśmy FRK, instytut, laboratoria, tworzyliśmy kolejne projekty badawcze …
Amerykańskie sztuczne serce, które Religa zobaczył podczas swojego stażu w USA, kosztowało milion dolarów, więc w czasach PRL-u było poza zasięgiem Polaków. W 1985 roku profesor przeprowadził w Zabrzu pierwszą udaną transplantację serca – i od tej chwili kolejka oczekujących na taki zabieg zaczęła szybko rosnąć. Trzeba więc było wymyślić pompę, która mogła pracować przez wiele miesięcy i służyć takim pacjentom do chwili, gdy zostaną zoperowani.
W świątek i piątek
Pierwsza implantacja pompy stworzonej przez fizyka Nawrata, chemika Stolarzewicza i elektronika Kustosza odbyła się w 1993 roku.
– To było dla mnie ogromne przeżycie. Chodziłem za pacjentem ze słuchawkami, jak lekarz, słuchałem tej pompki, czy bije, czy wszystko jest tak, jak trzeba. Z teorii przeszedłem do praktyki, do żywego organizmu, człowieka. To było fenomenalne!
Zgłaszając się do Religi wyobrażał sobie, że będzie się zajmował obliczeniami, był przecież fizykiem teoretykiem.
– Tymczasem Profesor uczył nas pacjentów. Nie byliśmy w klinice gośćmi, tylko częścią zespołu. Tysiące godzin spędziłem dyżurując przy pacjentach i kontrolując pracę jednostek sterujących komorami wspomagania serca POLVAD. W świątek i piątek, w Wigilię i 1 maja pilnowaliśmy, czy wszystko gra. Taka była cena bycia partnerem najlepszego kardiochirurga w Polsce.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=4REWjxkJUjw
Praca z lekarzami i pacjentami była inspirująca. Pokusili się o próbę stworzenia systemu, który doradzałby lekarzowi postępowanie wobec danego pacjenta. Na podstawie obrazów diagnostycznych i innych danych opracowali, razem ze Zbigniewem Małotą, pierwszy w Polsce system symulacji komputerowych operacji. Dzięki niemu można przewidzieć hemodynamiczny efekt operacji serca.
– Wtedy wpadłem na pewien pomysł: kiedy robimy symulacje, przekazujemy dane lekarzowi – zapala się dr Nawrat. – A gdyby tak lekarza odsunąć od stołu operacyjnego i pomiędzy niego i pacjenta wstawić robota? Do komputera można by wprowadzić całą naszą wiedzę z symulacji. Lekarz miałby możliwość przejścia na zdalne sterowanie, jak pilot samolotu.
– Chciałby pan, byśmy zrobili własnego robota chirurgicznego? – zapytał Nawrat Religę.
– Kiedy będę mógł nim operować? – zapytał Religa.
Wszyscy ściskali ręce
Oprócz profesora chyba nikt nie wierzył, że im się uda. Ale Nawrat był pewien – to jest przyszłość medycyny. Ze specjalistów pozyskanych z kilku uczelni – z Politechniki Śląskiej, Warszawskiej i Łódzkiej – stworzył zespół.
– Kapitalnie nam to szło, natężenie intelektualne było niesamowite – wspomina. – W Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii światło nigdy nie gasło. Zawsze ktoś tu był, pracował.
W ciągu trzech lat zrobili robota, który miał podobną ruchliwość jak Da Vinci. Wymyślili zupełnie nową koncepcję konstrukcji, opracowali aż trzy sposoby sterowania. Z tego czasu mają kilkanaście patentów.
Ale potem zaczęły się problemy finansowe i rozsypał się cały zespół – w sumie stało się tak aż cztery razy. Decydenci gratulowali, doceniali, ściskali im dłonie, ale przemyślanego inwestowania jak nie było, tak nie było.
– Do tego wpadliśmy w pułapkę wynikającą z przepisów Narodowego Centrum Badań i Rozwoju: żeby uzyskać finansowanie, trzeba było mieć przemysłowego partnera. I wkład własny. A ponieważ w Polsce nikt robotów nie robił, od kilku lat jesteśmy zablokowani.
Inteligencja to za mało
Doktor Nawrat podkreśla, że w medycynie zawsze będzie mnóstwo niewiadomych.
– Człowiek jest bardziej skomplikowany niż kosmos – mówi. – Dziś więcej wiemy o gwiazdach niż o tym, co sąsiad ma w głowie. Nigdy nie uda się zbudować pełnej teorii choroby; trzeba ją modyfikować na podstawie doświadczeń. Dlatego właśnie medycyna potrzebuje systemu, który cały czas się uczy – sztucznej inteligencji – uważa dr Nawrat. – Im chirurgia będzie mniej inwazyjna, a chirurg będzie dalej od stołu operacyjnego, tym większą rolę, jako element wsparcia dla lekarza podczas podejmowania decyzji i wykonywania zadań, będzie odgrywała sztuczna inteligencja. Chirurg będzie pracował w konsoli z dostępem do rzeczywistości wzbogaconej o informacje diagnostyczne i planowanie operacji. Rentgen czy USG pokaże mu, gdzie są zwapnienia, a symulacje podpowiedzą najlepszą w danej sytuacji metodę operacji. Sztuczna inteligencja będzie analizować informacje i obrazy, a potem podsuwać lekarzowi te akurat potrzebne.
Jednak interesując się nią, ludzie zapominają, że do zrozumienia świata potrzeba teorii. Bo sztuczna inteligencja jest tylko emanacją naszej inteligencji.
– Jest zasadnicza różnica pomiędzy inteligencją a rozumem – zaznacza Nawrat. – Komuś, kto obejrzy zdjęcie z mikroskopu elektronowego, do zrozumienia, że świat się składa z atomów, wystarczy inteligencja. Jednak by na to wpaść dzięki samej pracy umysłu, jak wpadł Demokryt, trzeba rozumu. Bo rozum to umiejętność zamiany tego, co widzimy, na obiekty abstrakcyjne. To logiczne operowanie na tych obiektach, żeby uzyskać wynik, który potem przykładamy do rzeczywistości i sprawdzamy, czy pasuje.
Dlaczego nie było Nobla z SI
– Oddajemy sztucznej inteligencji pole działania, ale nie rozumiemy, dlaczego podjęła taką, a nie inną decyzję. Komputer Watson potrafi poprawnie zdiagnozować jedną czy dwie choroby onkologiczne, analizując tysiące danych. I robi to z prawdopodobieństwem nie większym niż dobry lekarz. Notabene, cały czas jest korygowany przez zespół lekarski. Dlatego z niektórych szpitali zwyczajnie Watsona wyrzucono, a IBM musiał zwolnić część zespołu.
Według Nawrata nie da się rozwiązać problemu, wrzucając dane do czarnej skrzynki. Brakuje nam pomysłu, czyli teorii. Analizując bezmyślnie zbiór informacji, teorii nie wyprodukujemy. I właśnie dlatego nikt jeszcze nie dostał Nobla za dokonania w dziedzinie sztucznej inteligencji. Bo sztuczna inteligencja coś do nas mówi, a my nic z tego nie rozumiemy. Nie wiemy, co jest w środku.
– To tak, jakby wrzucić do garnka wszystko, co mamy w lodówce – wyjaśnia. – Będzie posiłek? Tak. Ale czy dobry? Pewnie jeśli będziemy uczyli – nagradzali za dobry smak – poprawimy taki system kucharski i będzie coraz lepszy. Jednak bez przepisu, bez teorii, nie będziemy wiedzieli dlaczego (?) czyli jak się tworzy dobry posiłek. Brak jakiegoś produktu dobra kucharka zastąpi bardzo szybko przygotowując zbliżony posiłek. AI to system nie naprawialny w tym sensie. Uczenie trzeba zacząć od nowa.
Ciągle trzeba przepraszać
Mimo mnóstwa problemów, ekipa Robina nie składa broni. Doskonali szczegóły. Teraz koncentruje się na sprzężeniu siłowym – koniecznym, by precyzyjnej operować. Kiedy lekarz natrafia na tkankę, chciałby mieć informację, czy jest ona miękka, czy sztywna, czy to jakieś zwapnienie, czy może zgrubienie. Dlatego na końcu narzędzi, które tworzą ludzie doktora Nawrata, są dwa czujniki siły i transmisji sygnału, za pomocą których przekazuje się tę informację do zadajnika ruchu trzymanego przez chirurga. Chirurg „czuje”, czy dotyka kości czy tkanki miękkiej. Czegoś takiego nie ma jeszcze nikt inny na świecie. Doskonalą tzw. zadajnik ruchu – jeden z najlepszych w Europie i pracują nad metodami planowania operacji. Mają pierwszą w Polsce wirtualną salę operacyjną.
– I wciąż czekamy, aż nasze Robin Hearty zaczną wreszcie służyć ludziom. Chirurdzy mnie pytają, kiedy w końcu będą mogli używać naszych robotów. A ja ciągle muszę ich przepraszać. Może jutro się uda? Dzisiaj widzimy dobitnie, że przesyłanie na odległość działania leczniczego i doskonalenie procedur medycznych to jedno z najważniejszych wyzwań ludzkości. By przetrwała. Jesteśmy skazani na pomoc robotów.
Read the English version of this text HERE