Evaluation of robotic endoscopic neurosurgery through kinematic analysis of surgical gesture

Over the last decades, neurosurgery has greatly benefitted from the introduction of robotic devices. Thanks to their superior resolution, accuracy and indefatigability, robotic systems are mainly used as an accurate and repeatable tool support system during keyhole procedures. The conventional approach can benefit from the introduction of a cooperatively controlled robotic assistant, to provide increased positional accuracy and reduce the surgeon’s fatigue during surgery. Moreover, it could allow the acquisition of the target positions and guide the surgeon towards the recorded sites, thus increasing the reliability of the intraoperative monitoring technique. Therefore, technological advancements and research efforts in biomedical engineering over the last decades, led to development of Robot Assisted Minimally Invasive Surgery systems. In the literature several attempts were made to examine the surgeon's gesture and provide a quantitative measure of its effectiveness and efficacy. This thesis describes the research design to characterize robotic brain surgery compared to free-hand surgery during a simulated surgery on a 3D printed phantom, using outcome measures that track both outcomes and user actions (such as fluidity, lack of uncertainty, number of attempts) to measure the robotic surgery training process compared to free-hand surgery in surgeons who are not experienced with it. Results are presented on movement fluidity, showing that robotic brain surgery provides smoother trajectories than free-hand brain surgery.

Negli ultimi decenni, la neurochirurgia ha notevolmente beneficiato dell'introduzione di dispositivi robotici. Grazie alla loro risoluzione, accuratezza e infaticabilità superiori, i sistemi robotici sono utilizzati principalmente come sistema di supporto utensile accurato e ripetibile durante le procedure del buco della serratura. L'approccio convenzionale può trarre vantaggio dall'introduzione di un assistente robotico controllato in modo cooperativo, per fornire una maggiore precisione di posizionamento e ridurre l'affaticamento del chirurgo durante l'intervento chirurgico. Inoltre, potrebbe consentire l'acquisizione delle posizioni target e guidare il chirurgo verso i siti registrati, aumentando così l'affidabilità della tecnica di monitoraggio intraoperatorio. Pertanto, i progressi tecnologici e gli sforzi di ricerca nell'ingegneria biomedica negli ultimi decenni hanno portato allo sviluppo di sistemi di chirurgia minimamente invasiva assistita da robot. In letteratura sono stati fatti diversi tentativi per esaminare il gesto del chirurgo e fornire una misura quantitativa della sua efficacia ed efficacia. Questa tesi descrive il progetto di ricerca per caratterizzare la chirurgia robotica del cervello rispetto alla chirurgia a mano libera durante una chirurgia simulata su un fantasma stampato in 3D, usando misure di esito che tracciano sia i risultati che le azioni dell'utente (come fluidità, mancanza di incertezza, numero di tentativi) per misurare il processo di allenamento della chirurgia robotica rispetto alla chirurgia a mano libera nei chirurghi che non ne hanno esperienza. I risultati vengono presentati sulla fluidità del movimento, dimostrando che la chirurgia robotica del cervello fornisce traiettorie più fluide rispetto alla chirurgia cerebrale a mano libera.