Robot za transplantaciju kose – implantacija transplantata kose

Dizajn i razvoj prototipa jedinstvenog robotskog sustava za transplantaciju kose koji je sposoban sakupljati i usađivati ​​presatke kose provedeni su u ovoj studiji. Kako bi se uspostavio dokaz koncepta za postupke transplantacije kose koji uključuju sakupljanje i implantaciju, odabran je testni sustav koji koristi sferični fantom na tjemenu. Razvijeni prototip robotskog sustava za presađivanje kose pokazuje potencijal za smanjenje trajanja presatka bez opskrbe krvlju, čime se smanjuje oštećenje presađene kose.

Ukupno vrijeme operacije za ekstrakciju folikularne jedinice relativno je kraće nego kod konvencionalnih sustava. Rezultati robotskih testova vida pokazuju 89,6% točnosti za detekciju presađene kose s fantomom duljine 4 mm i 97,4% za fantomom duljine 2 mm. U testu kontrole položaja robota utvrđeno je da je korijen srednje kvadratne pogreške 1,268°, sa standardnom pogreškom srednje vrijednosti od 0,203°. Ovi rezultati sugeriraju da predloženi sustav djeluje učinkovito u uvjetima sferičnog fantoma s duljinom dlake od 2 mm i razmakom od 5 mm između žetvi.

U medicinskoj i kozmetičkoj industriji, obnova kose je doživjela značajan porast tijekom vremena, značajno utječući na gubitak kose i ćelavost posljednjih godina. Gubitak kose i ćelavost predstavljaju značajne izazove i za muškarce i za žene, osobito kada dođu u odraslu dob. Ovi problemi mogu se pripisati različitim čimbenicima, uključujući hormone i genetiku . Mnogi pojedinci izražavaju negativne osjećaje o gubitku kose, koristeći izraze kao što su osjećaj manje privlačnosti, samosvjesnosti, starije dobi i manje samopouzdanja. Posljedično, milijuni pojedinaca traže optimalne tretmane, s ciljem što prirodnijeg izgleda.

Trenutno postoji niz tretmana za gubitak kose, u rasponu od kirurških zahvata i lijekova do sredstava za kamuflažu poput krema ili losiona, šampona, proizvoda za njegu kose, prehrane, vitamina, pa čak i nedokazanih tretmana i prijevara na tržištu. S ovim tehnološkim napretkom, istraživači i programeri predstavili su inovativne ideje za nove tretmane za rješavanje problema gubitka kose i ćelavosti. Među tim opcijama, transplantacija kose pojavljuje se kao najbolji izbor za mnoge pacijente . Transplantacija kose uključuje dvije glavne tehnike koje se temelje na karakteristikama sakupljanja folikularnih jedinica dlake. Prvi konvencionalni postupak uključuje uzimanje ili ekstrakciju trakice, korištenjem skalpela za izrezivanje trakice iz donorskog područja, koje se obično nalazi na okcipitalnom i parijetalnom dijelu vlasišta. To rezultira ožiljkom u linijama na donorskom mjestu. Druga metoda je ekstrakcija folikularne jedinice (FUE) ili ekscizija folikularne jedinice. Ovaj lagano invazivni kirurški tretman ostavlja ožiljke kao točkaste hipopigmentirane mrlje. Temeljni koncept FUE tehnika uključuje otkrivanje folikularne jedinice u donorskoj zoni i njezino izdvajanje pomoću uređaja za bušenje promjera od 0,8 do 1,5 mm . Štoviše, metoda FUE postala je popularna jer se njezina transplantacija folikularne jedinice preko raspona primatelja čini prirodnijom u usporedbi s prvom metodom. Dodatno, FUE metoda nudi kraće vrijeme oporavka nakon operacije.

Očigledno, moderna tehnika obnove kose u industrijskom sektoru je FUE metoda, zbog svojih prednosti. Stoga nije iznenađujuće da većina pacijenata preferira FUE nego postupke skidanja. Godine 2009. FDA je odobrila NeoGraft Solutions, Inc., Texas, SAD, kao prvi robotski kirurški uređaj za obnavljanje kose s FUE postupkom. ARTAS System of Restoration Robotics, Inc., Kalifornija, SAD, odobren je 2011. godine za sakupljanje folikularnih jedinica (FU) s vlasišta crnih ili smeđih ravnokosih muškaraca s androgenom alopecijom (gubitak kose po muškom uzorku) . Sustav ARTAS koristi tehniku ​​FUE za provođenje postupka putem računalno potpomognutog robotskog sustava kojim upravlja liječnik za prikupljanje FU-a izravno s vlasišta . Zbog današnje potražnje i trenda obnove kose, tehnologija presađivanja kose ključna je prilika za ponovni rast zdrave kose za društvo u cijelom svijetu.

Izvođenje FUE operacije predstavlja poteškoće i značajno mentalno opterećuje kirurga. Trajanje operacije varira između 3 i 5 te 9-10 sati. Osim toga, izvode se operacije koje zahtijevaju znatno duže radne sate, uključujući FUE neobrijanih i dugih dlaka, kao i mega sesije s više od 3000-4000 transplantata . Niža kvaliteta presatka i veće oštećenje folikula mogu biti posljedica dugotrajnih kirurških zahvata. Stoga je ključno poboljšati ergonomiju i skratiti vrijeme rada za pacijente, liječnike i pomoćno osoblje . Štoviše, ovaj postupak zahtijeva visoko kvalificirane kirurge. Unatoč visokom utjecaju FUE postupaka nakon transplantacije kose, postoje značajni problemi u razdoblju između faze žetve i faze implantacije. U međuvremenu, transplantati se pohranjuju u mediju kao što je nepuferirana fiziološka otopina bez opskrbe krvlju i izvan tijela nekoliko sati kako bi se podrezali i odabrali prije implantacije. To uzrokuje oštećenje stanica folikularne jedinice (FU), kao što je ishemija, reperfuzijska ozljeda i nedostatak hranjivih tvari za život . Štoviše, nedostatak kisika u stanicama iz opskrbe krvlju mijenja stanično disanje iz aerobnog u anaerobno disanje. Reperfuzijska ozljeda nastaje kada se FU implantiraju u područje primatelja. Nakon toga, slobodni radikali ili reaktivne kisikove vrste (ROS) se povećavaju kroz respiratorni lanac koji oštećuje presađene presatke.

Dodatno, postoji nekoliko tehničkih ograničenja povezanih s upotrebom komercijalno dostupnih robotskih uređaja za transplantaciju kose. Ova ograničenja uključuju visoke početne troškove i troškove održavanja, zahtjev za vještim ljudskim operaterima, potencijalno sporije vrijeme postupka, izazove u odabiru transplantata, ograničenja u prikladnosti pacijenata, moguće poteškoće u učinkovitom prikupljanju folikula dlake, ograničene mogućnosti prilagođavanja, zahtjeve za održavanjem i zastojima, prostorna ograničenja, i potencijalne brige povezane s iskustvom pacijenta. Ključno je napomenuti da tehnološki napredak često rješava neka od ovih ograničenja, a klinike i kirurzi možda su razvili strategije za prevladavanje ovih izazova kroz iskustvo i inovacije. Stoga je svrha ove studije smanjiti ukupno vrijeme operacije i vrijeme koje transplantati ostaju bez opskrbe krvlju, što uzrokuje oštećenje FU. Kako bi se postigao ovaj cilj, dizajniran je prototip robotskog sustava za transplantaciju kose s mehanizmima u žetvi i implantatu, što je glavno ograničenje novijih komercijalnih robota.

Aesthetic Surgery

Lice moderne ovisnosti: Estetska kirurgija kao novi trend

Saznaj više

Aesthetic Surgery

Mikro dermalni fileri: Nova era suptilne estetike

Saznaj više

Aesthetic Surgery

Biološki razgradivi dermalni fileri: Budućnost održive ljepote

Saznaj više

U ručnoj FUE tehnici, liječnik koristi ručku za ručni udarac s FUE iglom kako bi sam izveo ovaj korak. Međutim, mnoge vrste igala mogu podržati ovaj korak i pomoći liječniku da ga lakše izvede. Motorizirana FUE tehnika koristi koncept osciliranja igle za olakšavanje ekstrakcije transplantata. Ovaj uređaj ima kontrolu brzine rotacije i oscilacije i kontrolu stupnja oscilacije. U robotski potpomognutom FUE-u, njegov mehanizam za bušenje ima dvostruke igle za prikupljanje kalemova . Vanjska igla bila je otupljena, dok je unutarnja igla bila višekraka . Ekstrakcija presatka obično se izvodi pomoću pinceta uz ručni FUE i FUE uz pomoć robota, kao što je ARTAS. Drugi način je korištenje sukcije kao što je NeoGraft. Nakon što je svaki transplantat dlake ekstrahiran, stavljen je u medij za prikupljanje koji je bio necitotoksična otopina, to jest normalna fiziološka otopina . Proces implantacije uključuje dva koraka: proces žetve, odnosno ručno bušenje šupljom iglom ili implantatorom, i izvođenje pomoću robota. Svaki transplantat je implantiran u otvor primatelja pomoću implantatora. Međutim, transplantat se mora pojedinačno umetnuti na vrh implantatora prije implantacije svakog transplantata. U tom procesu liječnik obično ima nekoliko pomoćnika koji mu pomažu u umetanju svakog pojedinog presatka u svaki implantator kako bi se smanjilo vrijeme postupka.

U ovoj studiji korišten je pojednostavljeni model kao početni dokaz koncepta za utvrđivanje temeljnih principa i izvedivosti predloženog sustava. Ovaj pojednostavljeni model omogućio nam je izolaciju i istraživanje ključnih varijabli u kontroliranom okruženju prije prelaska na složenije i realističnije scenarije u budućim istraživanjima. Dok stvarno ljudsko vlasište pokazuje veću geometrijsku varijabilnost i trodimenzionalnu zamršenost tijekom sakupljanja kose i implantacije, pojednostavljeni model služi kao vrijedna polazna točka za konceptualni razvoj i validaciju dokaza koncepta.

Kako bi se postigao ovaj cilj, dizajn se sastoji od pet spojeva u sustavu. Prvi zglob  rotirao se oko z-osi okvira stroja. U okviru kuglaste glave, drugi zglob  rotirao je oko X-osi. Oba prethodna zgloba korištena su za prilagodbu položaja pokretne jedinice probijača igle na zakrivljenoj tračnici.  Mehanička ideja za fazu žetve je korištenje trećeg zglobaza prodiranje u ciljni transplantat dlake duž polumjera fantoma sferične glave. Četvrti zglob  također je korišten u fazi žetve rotiranjem vrha igle uz istovremeno prodiranje u metu. Ova faza je ilustrirana uSlika. Nakon uzimanja ciljanog presatka, on je sakupljen na kraju vrha igle. Tada bi  uvukao iglu u početni položaj pokretne jedinice za probijanje igle u linearnom kretanju. Da biste izvršili sljedeću fazu, pokretna jedinica za probijanje igle prebacuje se na drugu stranu područja implantata.

Da bi se identificirale ključne točke, razmatraju se dva bitna parametra detektor i deskriptor, koji pojašnjavaju detekciju ključne točke i orijentaciju. U tu svrhu postoje brojne tehnike, s transformacijom značajki s nepromjenjivim mjerilom (SIFT) koja je popularan primjer poznat po svojoj visokoj točnosti, iako maloj brzini računanja. Kako bi se riješilo ovo ograničenje, razvijene su alternativne metode kao što su Speeded-Up Robust Features (SURF) , FAST i BRIEF (Binary Robust Independent Elementary Features) , od kojih svaka ima svoje kompromise u točnosti, vremenu , i trošak. Značajno je da neke tehnike, poput FAST (učinkovit detektor) i BRIEF (učinkovit deskriptor), nemaju sposobnost pružanja i detekcije i orijentacije. Godine 2011. Rublee i sur. uveo obećavajuću tehniku, Oriented FAST and Rotated BRIEF (ORB), koja može postići visoku izvedbu u oba aspekta. Brojne studije potvrdile su ORB-ovu superiornost u odnosu na druge tehnike u smislu točnosti i vremena računanja, a isplativa je zbog svog nepatentiranog statusa.

Robotski sustav, koji se sastoji od pet zglobova u skladu s početnim dizajnom, prikazan je naSlika 2, ilustrirajući komponente i detalje svakog dijela. Slijedeći dizajn robota, njegovo sklapanje i upravljanje implementirani su putem računala povezanog sa svim motorima, kao što je prikazano naSlika 8, pokazujući kameru i sastavljenog robota.

Proces pronalaženja ciljne točke, koja je baza dlake ciljnog transplantata, može se pokrenuti otvaranjem kamere, a zatim izvođenjem kalibracije za ispravljanje izobličenja slike i pretvaranje veličine slike iz jedinica piksela u milimetre u stvarni svijet . Nakon toga, slika je izrezana kako bi se zadržala samo interesna regija, a to je regija koju smo upotrijebili za otkrivanje transplantata kose na testnom fantomu (oblik ROI slike ovisi o veličini fantoma). Ovaj odnos je ključan za osiguravanje točne robotske kontrole, uspostavljanje izravne veze između (x, y) koordinata ciljnih točaka i odgovarajućih zglobnih kutova.

Za otkrivanje kose i odabir kose, RGB slika se prvo pretvara u sliku u sivim tonovima. Zatim su detektori značajki dobiveni iz biblioteke OpenCV, koja je otvorenog koda. Prva tehnika koja se koristi za određivanje položaja svake dlake je jednostavan detektor trake (Blob) jer obično detektira jedno presađivanje dlake kao samo jednu ključnu točku . Nakon toga je generiran algoritam za odabir ciljne točke (predstavljen na presađenoj kosi), a ciljna točka bila je najbliža položaju igle na xy ravnini. Korištenjem ORB detektora značajki, pronađeno je više ključnih točaka za svaku pojedinačnu liniju kose, ponovno izvršenje.

Dizajn i razvoj prototipa za jedan robotski sustav za presađivanje kose uspješno su izvedeni. Očekuje se da će razvijeni prototip skratiti vrijeme, poboljšati zadržavanje transplantata s poboljšanom opskrbom krvlju i minimalizirati oštećenje transplantata kose. U testu robotskog vida, rezultati pokazuju 89,6% točnosti za detekciju presađene kose u fantomu duljine 4 mm i 97,4% točnosti za fantomu duljine 2 mm. Što se tiče odabira baze dlake, koja se odnosi na ciljanu točku jedinice za pomicanje igle, izmjerena je preciznost od 46% za duljinu vlasi od 4 mm i 76% za duljinu vlasi od 2 mm. Rezultirajuće pogreške za ispravne točke bile su korijen srednje kvadratne pogreške od 0,091 mm i standardne pogreške srednje vrijednosti od 0,0114 mm za duljinu kose od 4 mm. Za kosu duljine 2 mm, odgovarajući rezultati bili su 0,118 mm odnosno 0,0126 mm. Na temelju ovih nalaza, predloženi sustav pokazuje učinkovitu izvedbu u uvjetima sferičnog fantoma s dlakom duljine 2 mm i razmakom od 5 mm između žetvi.

Stručni osvrt dr. Gorane Kuka Epstein iz Beograda

Dr. Gorana Kuk Epstein, istaknuti stručnjak iz Beograda na području transplantacije kose, podijelila je svoje opsežno mišljenje o napretku i izazovima u primjeni robotskih sustava u transplantaciji kose. S obzirom na svoje bogato iskustvo i poznavanje najnovijih tehnoloških dostignuća, dr. Kuk Epstein je duboko analizirala kako inovacije unapređuju procese ekstrakcije folikularne jedinice, posebno naglasivši učinkovitost, preciznost i ograničenja povezana s ovim metodama.

„U svijetu gdje estetska medicina napreduje velikom brzinom, posebno u Beogradu, težnja ka pronalaženju optimalnih rješenja za gubitak kose postaje sve važnija“, rekla je. Istaknula je da su, prema njezinim opažanjima, rezultati robotskih testova vida koji pokazuju visoku točnost detekcije presađene kose, s 89,6% za duljinu kose od 4 mm i impresivnih 97,4% za duljinu kose od 2 mm, izuzetno obećavajući. „Ovo ukazuje na značajnu učinkovitost predloženog sustava u preciznom određivanju položaja i ekstrakciji folikularnih jedinica, što je ključno za uspjeh transplantacije“, objasnila je.

Dr. Kuk Epstein je također analizirala poteškoće i mentalno opterećenje koje operacije transplantacije kose mogu predstavljati za kirurge. „Dugotrajne operacije, koje ponekad traju i do deset sati, ne samo da testiraju izdržljivost kirurga već i povećavaju rizik od niže kvalitete presatka i većeg oštećenja folikula“, naglasila je. „Stoga, poboljšanje ergonomije i skraćivanje vremena operacije postaju ključni ciljevi.“

Kada je riječ o tehnološkim ograničenjima, dr. Kuk Epstein je istaknula da „visoki početni troškovi i zahtjevi za vještim operaterima predstavljaju značajne barijere“. Međutim, vjeruje da tehnološki napredak i inovacije mogu riješiti ove probleme. „U Beogradu, kao i u ostatku svijeta, stalno tražimo načine kako poboljšati iskustvo pacijenata i postići prirodnije rezultate“, rekla je, dodajući da „potencijal za daljnje inovacije u ovom području ostaje ogroman“.

Posebno je pohvalila razvoj prototipa robotskog sustava za transplantaciju kose, koji pokazuje obećavajuće rezultate u skraćivanju vremena operacije i smanjenju oštećenja transplantata. „Ovakvi napretci mogu revolucionirati praksu transplantacije kose, čineći je dostupnijom i učinkovitijom za širu populaciju“, zaključila je dr. Kuk Epstein.

Kroz svoje izlaganje, dr. Kuk Epstein iz Beograda istaknula je važnost kontinuiranog istraživanja i razvoja u području transplantacije kose. Njezina analiza pokazuje duboko razumijevanje kako tehnološki napredak može unaprijediti kvalitetu života onih koji se bore s gubitkom kose, istovremeno naglašavajući izazove s kojima se stručnjaci i pacijenti suočavaju u ovom brzo rastućem području medicine.