روبوت جراحي يراقب حرارة نصله
تصيب سرطانات الفم، في اللسان والشفتين والخدّين، نحو 377 ألف شخص سنويًا حول العالم، وتتسبب في 178 ألف وفاة، بحسب الأرقام الواردة في الورقة. وعندما لا يكون الورم قد انتشر، تكون الجراحة في الغالب العلاج الأكثر فاعلية. وفي اللسان، يعني ذلك عادةً استئصال اللسان الجزئي: إزالة الورم مع هامش 5 مليمترات من النسيج السليم حوله. فالهامش الرفيع جدًا ينطوي على خطر ترك خلايا سرطانية، والهامش العريض جدًا يزيل جزءًا سليمًا من اللسان ويصعّب التعافي.
الحرارة، أداة ذات حدّين
يُجرى القطع عادةً بـالجراحة الكهربائية: تمرّر أداة تيارًا كهربائيًا في النسيج فتسخّنه، فينفصل بسهولة وينزف أقل. والسرعة لعبة توازن. فإذا تحركت الأداة ببطء شديد، انتشرت الحرارة في النسيج السليم، وربما أضرّت بالعصب الذي يمنح اللسان إحساسه. وإذا تحركت بسرعة شديدة، لم يلن النسيج بما يكفي: فيعلق بالأداة ويتشوّه، وينحرف القطع عن مساره المخطط.
يعدّل الجرّاحون المتمرّسون سرعتهم وهم يراقبون. أما الروبوتات الجراحية المستقلة فلا تفعل ذلك حتى الآن: إنها تقطع بسرعة مختارة مسبقًا. وقد وجدت دراسات سابقة أن هذا النوع من القطع الروبوتي يسبب ضررًا خلويًا أكبر من القطع اليدوي.
كاميرا على المشرط
انطلق نافيد رياضيات وجيريمي براون وزملاؤهما في جامعة جونز هوبكنز من خوارزميتهم الخاصة ThERMO، التي سبق اختبارها على مواد هلامية. تُثبَّت كاميرا حرارية صغيرة على ذراع الروبوت خلف المشرط الكهربائي. وفي كل إطار، تقيس مدى اتساع المنطقة التي تجاوزت حرارتها 60 °م، وهي الحرارة التي تتفكك عندها بروتينات النسيج، ومقدار ما تُدفع به رأس الأداة جانبًا. ويقدّر الروبوت خصائص النسيج باستمرار، ويختار السرعة التي توازن على أفضل نحو بين الخطرين: الضرر الحراري من جهة، والعلوق من جهة أخرى. ولا يحتاج إلى بيانات تدريب ولا إلى ضبط بالتجربة والخطأ.
اختبر الفريق الطريقة على ألسنة الخنازير، التي يقول المؤلفون إنها تشبه ألسنة البشر. ورُسم على كل لسان ورم افتراضي مستمدّ من محيط ورم مريض حقيقي، وكان على الروبوت أن يقطع على بُعد 5 مليمترات حوله. وقورنت ثلاث طرق، كل منها على ثلاثة ألسنة: سرعة ثابتة بطيئة قدرها 2 مم/ث استخدمها روبوتهم حتى الآن؛ وسرعة ثابتة سريعة قدرها 7 مم/ث قيست لدى جرّاح خبير؛ وThERMO. وفحص اختصاصي في علم الأمراض النسيج تحت المجهر من دون أن يعرف الطريقة التي استُخدمت.
ما أظهرته الألسنة
- الدقة. خطأ الهامش — أي الفارق بين عرض النسيج السليم المتروك فعلًا حول الورم و5 المليمترات المستهدفة — بلغ متوسطه لدى ThERMO 0.69 مم، مقابل 1.68 مم بالسرعة السريعة، وهو تحسّن واضح. أما مقارنةً بالسرعة البطيئة (0.98 مم)، فلم يكن الفرق ذا دلالة إحصائية.
- الضرر الحراري. امتد الضرر مع ThERMO نحو 247 ميكرومترًا من خط القطع، مقابل 515 بالسرعة البطيئة، أي نحو النصف. ولم تختلف السرعة السريعة (294) اختلافًا ذا دلالة عن ThERMO.
- الوقت. استغرق ThERMO 22 ثانية لكل قطع، أي أطول بنسبة 20% من السرعة السريعة، لكنه أسرع بكثير من البطيئة (52 ثانية).
- العمق. كان على القطع أيضًا أن ينزل 5 مليمترات في سُمك اللسان، وهو تعليمة مستقلة عن الهامش الجانبي؛ وكان ThERMO الأقرب (4.1 مم). وسبّبت القطوع الأعمق ضررًا حراريًا أكبر قليلًا.
لذلك فإن الأرقام البارزة في الورقة، أي ضرر حراري أقل بنسبة تصل إلى 52% ودقة أفضل بنسبة تصل إلى 59%، تأتي من مقارنتين مختلفتين. لم تُحسن أي سرعة ثابتة الأداء في الجانبين معًا، أما ThERMO فأدّى أداءً جيدًا إلى حدّ معقول في كلٍّ منهما.
ومنح جرّاح رأس وعنق، لم يكن يعرف هو الآخر الطريقة المستخدمة، كلًّا من ThERMO والسرعة البطيئة 4 من 5، والسرعة السريعة 2 من 5 بسبب هوامشها الرديئة. ورأى أن قطوع ThERMO سريعة وقد تكون أقل ضررًا، لكنها ذات حواف أكثر تسنّنًا، ربما بسبب تغيّرات حادة في الاتجاه عند المنعطفات الضيقة.
من لسان الخنزير إلى المريض
يصرّح المؤلفون بوضوح بالمسافة التي تفصلهم عن العيادة. فالألسنة كانت نسيجًا ميتًا في درجة حرارة الغرفة، بلا تدفّق دم ولا التهاب، والحرارة تتصرف على نحو مختلف في الجسم الحي. ولم يُختبر سوى نوع واحد من النسيج وثلاثة قطوع لكل طريقة، ولم يُقارن الروبوت بجرّاح بشري. كما أنه، خلافًا للجرّاح، لا يرفع الأداة ولا يتراجع أبدًا. وستكون الخطوة التالية دراسات على جثث، ثم على نسيج حي، إلى جانب كاميرات حرارية أصغر يمكن أن تتّسع لها أماكن العمليات الحقيقية.