Хирурги роботы – Роботы-хирурги
медицина будущего или трата денег?
Медицинские роботы давно появились среди нас, тихо работая на врачей еще с 1985 года.Роботами-хирургами уже мало кого удивишь, хотя современные машины мало похожи на то, к чему привыкли фанаты Звездных Войн.
В 1985 году роботизированная хирургическая рука PUMA 560 успешно провела деликатную нейрохирургическую биопсию.
Этот год и принято считать моментом зарождения роботизированной хирургии. Два года спустя была проведена первая лапароскопическая процедура (холецистэктомия) с помощью роботизированной системы. А в 1988 году PUMA была использована для первой в истории роботизированной трансуретральной резекции предстательной железы.
Эти знаменательные моменты открыли миру невероятный потенциал точных минимально инвазивных процедур, которые способен выполнить только железный помощник, который никогда не устанет, не дрогнет, не вспотеет.
В 1990 году в США Администрация пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) одобрила первого хирургического робота в истории – систему Computer Motion’s AESOP – для использования в эндоскопической хирургии.
Но роботизированная хирургия, которую мы знаем сегодня, появилась только после 2000 года. Легендарная система da Vinci Surgery System стала первой технологией, которую FDA одобрила для общей лапароскопической хирургии (keyhole surgery). С тех пор da Vinci доминирует на этом поле.
Система da Vinci выросла из простой руки PUMA 560 в настоящую многозадачную систему с огромным ассортиментом хирургических инструментов и видеоустройств. Используя 3D-увеличение изображения, человек-хирург за манипуляторами способен в высочайшем разрешении видеть операционное поле, сидя в нескольких метрах от пациента. da Vinci предлагает нам вместе устаревшего устройства 4 хирургические руки диаметром 1 см, которые могут выполнить любую задачу с филигранной точностью.
Миниатюризация хирургических инструментов стала ключевым условием для прорыва в минимально инвазивной хирургии. da Vinci сводит к минимуму время и площадь контакта хирургического инструмента с тканями, а это – меньший риск инфекций.
Технология «Эндозапястье» (Endo-wrist) была разработана для того, чтобы дублировать отработанные движения руки хирурга, оперирующего машиной с помощью сложных манипуляторов.
За 14 лет, которые прошли с момента внедрения первого робота da Vinci, компания-производитель Intuitive Surgical уже провела 10 модернизаций своего детища.
Роботизированная хирургия переживает период бурного роста. В 2013 году в Соединенных Штатах роботы выполнили 422 000 операций, что на 15% больше по сравнению с предыдущим годом.
Но в 2014 году мнения медицинских экспертов выглядят более неоднозначными, чем когда либо. Недавно ученые задались вопросом эффективности роботизированной хирургии, попытавшись сравнить ее результаты с традиционной работой хирурга за столом. Попробуем разобраться в вопросе.
«Нет разницы» между традиционной и роботизированной хирургией?
Исследование, проведенное хирургами-онкологами в Мемориальном онкологическом центре Слоана-Кеттеринга (Memorial Sloan-Kettering Cancer Center) в Нью-Йорке, не выявило разницы в частоте осложнений и длительности пребывания в стационаре между традиционной и роботизированной хирургией при раке мочевого пузыря.Более того, ученые обнаружили, что результаты сравнения настолько очевидны, что данное исследование было остановлено раньше срока. Об этом они сообщили в обзорной статье на страницах New England Journal of Medicine.
Тем не менее, компания Intuitive Surgical назвала проведенное исследование необъективным в своем заявлении, которое последовало в ответ на публикацию.
В интервью интернет-изданию Medical News Today доктор Кэтрин Мор (Catherine Mohr), вице-президент по медицинским исследованиям Intuitive Surgical, пояснила, что проведенное в Нью-Йорке исследование сравнивало результаты открытых хирургических процедур с гибридными процедурами, а это привело к ошибкам.
После этого издание попыталось связаться с доктором Берни Бохнером (Bernie Bochner), ведущим автором исследования в Sloan-Kettering, но доктор никак не смог прокомментировать ответ компании.
Что касается операций на желудке, то недавно опубликованный отчет австралийских ученых показывает, что «нет заметной разницы» между традиционной минимально инвазивной антирефлюксной операцией и роботизированной процедурой в плане частоты осложнений, послеоперационных симптомов, качества жизни и функциональной оценки.
«Данные не поддерживают практику применения дорогих роботов»
Ранние исследования, которые сравнивали исходы и стоимость открытой и роботизированной цистэктомии, демонстрировали большую выгоду от применения роботов. Но последние исследования находят очень мало преимуществ роботизированных операций перед традиционной хирургией (за исключением гистерэктомии).Эти исследования создают впечатление, что роботизированная хирургия становится иллюзией. Особенно интересна статья в недавнем выпуске Forbes, где приводится мнение доктора Роберта Перла (Robert Pearl), СЕО компании The Permanente Medical Group.
В ней доктор Перл откровенно заявил: «Проблема в том, что накапливающиеся данные не поддерживают применение таких дорогих устройств. da Vinci – это недешевый инструмент. Изначальная стоимость робота для больницы составляет до 2 000 000$. Устройство имеет «встроенный фактор износа», и каждую его руку необходимо заменять после 10 операций. Мотивация здесь – это не безопасность, а прибыль. Производитель мог бы сделать робота, который способен без замены частей выполнить 100 операций. Но это резко снизило бы прибыль».
«Данные говорят нам, что единственная разница между традиционной хирургией и роботизированной хирургией – это цена. Исследование, опубликованное в журнале Journal of Urology, выявило, что процедура по удалению мочевого пузыря с помощью робота в среднем стоит 16 250$, что на 11,2% выше по сравнению с открытой операцией. Так почему роботизированная хирургия так популярна?», — спрашивает доктор Перл.
И сам же дает ответ на свой вопрос: «Причина в агрессивной рекламе производителя, которая направлена на пациентов и больницы. Это устройство приведет к существенному росту стоимости здравоохранения в будущем, но клинические исходы останутся относительно неизменными».
Что же отвечает на эти обвинения компания-производитель?
Доктор Мор в своем интервью MNT сказала, что требование разработать инструменты, рассчитанные на 100 процедур, является «совершенно абсурдным» и «демонстрирует недостаток понимания физики и тех вызовов, которые стоят перед разработчиками инструментов».Она напоминает, что после каждого применения многоразового медицинского инструмента его необходимо тщательно чистить и подвергать циклам стерилизации с агрессивными химикатами при высоких температурах, и при этом инструмент не должен потерять остроты и не должен иметь малейших повреждений.
Доктор Мор прокомментировала и заявления об агрессивной рекламе: «Настоящий триумф агрессивной рекламы – это утверждать, что врачи и больницы выбирают роботизированную хирургию из-за маркетинга, а не из-за пользы для пациентов и экономических соображений. Это неуважение ко всем и неправда».
Беспокойство некоторых критиков роботизированной хирургии вызывает тот факт, что американские госпитали все чаще оказываются в неудобном положении: им нужно купить машину da Vinci только ради привлечения пациентов, потому что те из них, у которых нет da Vinci, могут выглядеть в глазах пациентов допотопными.
«Больницы на рынке США напрямую взаимодействуют с пациентами, конкурируя за них между собой. Наличие в больнице системы da Vinci говорит о том, что здесь обеспечен лучший доступ к минимально инвазивной хирургии, а это лучше для пациента. В конце концов, требование пациента основано на пользе, которую предлагают минимально инвазивные технологии, включая роботов-хирургов da Vinci», — резонно заметила доктор Мор.
Что ждет роботизированную хирургию в будущем?
Несмотря на рост популярности роботизированной хирургии, отчеты показывают, что продажи Intuitive Surgical упали с 578,5 миллиона долларов до 512,2 миллиона за последний год. Так что же готовит будущее производителям хирургических роботов?«Микрохирургия, операции за пределами брюшной полости, операции через естественные отверстия – это очень интересные области, которыми мы занимаемся в лаборатории. Роботы могут дать нам непревзойденную точность, изменение масштаба (даже способность работать с микроскопическими объектами), а также навигацию и интеграцию изображений для создания «GPS-карты» тела пациента и более точной работы хирурга. Все эти потрясающие возможности могут привести к созданию методов лечения, которые сейчас мы можем только представлять», — рассказывает доктор Мор.
Некоторые хирурги хотели бы работать с системами, которые обладают тактильной чувствительностью и передают человеку сенсорную информацию во время операции. Другие сторонники роботов-хирургов довольны тем, что большое расстояние между врачом и пациентом снижает риск инфекций – сегодня хирург может управлять операцией из отдельной комнаты.
Одним из интересных фактов эволюции роботов можно назвать «жидких роботов», которые были созданы в Массачусетском технологическом институте (MIT). Эти роботы могут по команде переходить из жидкого в твердое состояние. Такой робот способен в жидком виде «доплыть» до нужного сосуда или органа, а затем по сигналу оператора превратиться в твердый инструмент и выполнить хирургическую функцию, после чего может «уплыть» обратно.
Разработчик жидких роботов профессор Анетт Хосой (Anette Hosoi) говорит: «Технология – это не магия. Требуется время, усилия и видение, чтобы технология принесла свои плоды. Первые компьютеры были огромными и очень дорогими, а делали работы не больше калькулятора. Представьте, если бы никто не увидел перспектив этой технологии просто потому, что на тот момент она была дорогой и неэффективной! Для меня сегодня очевидно, что роботизированная хирургия может быть эффективнее традиционной хирургии».
Константин Моканов
medbe.ru
Медицинские роботы | Журнал Популярная Механика
Тысячи роботов по всему миру всегда готовы к хирургическим операциям любой сложности. Добро пожаловать на операционный стол к хирургу, чьи движения идеально точны, а пальцы не знают дрожи!
7 сентября 2001 года доктор Мишель Ганье, руководитель отделения лапароскопической хирургии Нью-Йоркского госпиталя Mount Sinai, закончил 55-минутную операцию и встал со своего места, чтобы размяться. Операция прошла без осложнений, и женщину с удаленным желчным пузырем вскоре доставили в палату. Хирурга и пациентку, находящуюся в Университете Луи Пастера в Страсбурге, в этот момент разделяли 7000 км Атлантического океана, а сама операция была проведена с помощью роботизированной системы da Vinci, управляемой по выделенному оптоволоконному каналу. По словам доктора Ганье, самой сложной частью этой операции было обеспечение минимальной задержки в канале связи — усилиями команды компьютерщиков под руководством Стива Бетнера из Калифорнийского университета ее удалось снизить с 400 до 66 мс. Мишель Ганье тогда оптимистично высказал предположение, что в будущем врачи смогут проводить подобные операции пациентам в удаленных районах. Однако недостаточная надежность систем связи пока сдерживает реализацию этого прогноза.
Обойти проблему можно, если наделить роботов-хирургов некоторой самостоятельностью. Об этом уже давно мечтают фантасты. Айзек Азимов еще в 1982 году в романе «Двухсотлетний человек» писал: «Эндрю Мартин разглядывал правую руку робота, его оперирующую руку, которая неподвижно лежала на столе. Пальцы были длинными и обладали изящными металлическими формами, грациозные изгибы которых позволяли легко представить, как скальпель становится с ними единым целым. В работе хирурга не будет ни сомнений, ни колебаний, ни дрожи в руках, ни ошибок». Он оказался провидцем. Хотя, конечно, не во всем. Да, «руки» хирургической системы da Vinci Si составляют с инструментами единое целое и совершенно не дрожат. Вот только этот робот совсем не похож на человека, а напоминает огромного паука, запустившего лапы в пациента на операционном столе. Проворные манипуляторы хозяйничают внутри человеческого тела с точностью и уверенностью, недоступными человеческим рукам.
Плюсы и минусы
Как любой новый метод, роботизированные хирургические системы da Vinci имеют свои сильные и слабые стороны. Станислав Берелавичус прокомментировал «ПМ» плюсы и минусы подобных систем с точки зрения хирурга.
+ Манипуляторы с инструментами имеют значительно большее количество степеней свободы по сравнению с лапароскопическими инструментами.
+ Увеличенное 3D изображение операционного поля в высоком разрешении с возможностью наложения данных компьютерной томографии или МРТ.
+ Более точные движения инструментов приводят к меньшему травмированию и более быстрой реабилитации пациентов.
+ Возможность масштабирования движений рук хирурга, что особенно важно при проведении тонких операций (например, сшивании мелких сосудов).
— Отсутствие обратной связи по усилию на органах управления (манипуляторы способны развивать значительные усилия, и врачу нужно тщательно оценивать свои движения, чтобы не повредить ткани).
— Узкое операционное поле.
Со стороны врача
Разумеется, da Vinci оперирует не по своему собственному произволу. Им командует хирург, который сидит за консолью в углу операционной, глядя в окуляры стереоэндоскопа высокого разрешения. Манипуляторы робота, находящегося в нескольких метрах от консоли, повторяют каждое движение хирурга. И это не какой-нибудь прототип, а вполне массовая хирургическая система, выпущенная тиражом более 2500 штук, которая выполняет более 200 000 операций в год по всему миру. Система da Vinci, поступившая в больницы 14 лет назад, сегодня является самым распространенным хирургическим роботом в мире. И самым универсальным: началось все с урологической хирургии, но сейчас с помощью этого робота выполняют множество самых разных операций, его манипуляторы способны дотянуться почти до любого внутреннего органа.
Конечно, применение роботов изменило привычный порядок в операционных. «Роботоассистированные операции — это дальнейшее развитие минимально инвазивной (то есть с минимальным вмешательством) хирургии. Они значительно меняют характер операции как в плане работы врача, так и в плане безопасности пациента, — говорит Станислав Берелавичус, хирург и старший научный сотрудник Института хирургии им. А.В. Вишневского. — Скажем, хирург теперь не стоит на протяжении всей операции — а она может длиться несколько часов — рядом с операционным столом, а сидит за консолью управления в нестерильной зоне, глядя в окуляры стереоэндоскопа. Казалось бы, мелочь, но ведь чем удобнее работать врачу, тем более точны его движения, а значит, менее травматична операция».
Как говорит Эндрю Вагнер, директор отделения минимально инвазивной урологической хирургии в Медицинском центре Beth Israel Deaconess в Бостоне, «как минимум пару раз в месяц тот или иной пациент просит меня показать руки. Люди озабочены вопросом, не дрожат ли у меня пальцы. Я показываю, стесняться мне нечего. Но теперь такие вещи не имеют никакого значения: когда робот масштабирует движения моих рук, он полностью сглаживает случайные вибрации».
Не бойтесь роботов
По словам Вагнера (а его мнение разделяет все большее число хирургов, которым довелось видеть da Vinci в действии), преимущество роботизированной хирургии состоит в том, что в ней соединяются человеческий разум, опыт хирурга и безупречная точность механизма. Манипуляторы с инструментами вводятся через совсем небольшие надрезы, при этом врач может орудовать ими более ловко, чем инструментами, используемыми в лапароскопии (метод хирургии, в котором операции на внутренних органах проводят через небольшие, 0,5−1,5 см, разрезы). При этом пациент травмируется значительно меньше (не говоря уже о сравнении с традиционной открытой хирургией). Соответственно, снижается вероятность осложнений и сокращается время, необходимое на реабилитацию. По словам Станислава Берелавичуса, при роботоассистированных абдоминальных (в брюшной полости) операциях кровопотеря примерно на порядок ниже, чем при лапароскопических. При простатэктомии (удалении простаты) открытым способом пациент после операции должен несколько дней оставаться в больнице. Если же операцию выполняет робот, это время можно сократить до одного дня. «Раньше все операции на простате и почках проводились открытым или лапароскопическим способом, а сейчас 90% из них выполняется с помощью робота», — говорит Вагнер.
Роботизированные хирургические системы теперь помогают выполнять операции практически на всех внутренних органах. Сейчас их можно встретить во многих операционных. На фото: Mazor Robotics Renaissance. Это система роботизированного наведения хирургических инструментов при операциях на позвоночнике использует томографические сканы, полученные до операции, а также рентгенографию, выполняемую в режиме реального времени. Таким образом, обеспечивается просто фантастическая точность позиционирования инструментов. В настоящее время используется в операциях на позвоночнике. Перспективы: FDA уже выдало разрешение использовать эти системы при операциях на черепе. Впрочем, подробные методики таких операций еще предстоит разработать.
Пациентов обычно радует перспектива операции, выполняемой роботом, хотя некоторые склонны при этом известии впадать в панику. «Само упоминание о роботе многих вводит в заблуждение. Люди думают, что я просто нажму какую-то кнопку и выйду из операционной», — посмеивается Вагнер. «Робот в данном случае представляет собой набор очень совершенных инструментов, значительно расширяющих возможности врача, — говорит Станислав Берелавичус. — Но оперирует все равно хирург».
Свобода воли
Между тем планы по наделению медицинских роботов некоторой автономностью — далеко не фантастика. Восемь лет назад израильская компания Mazor Robotics, разработчик хирургического робота Renaissance, столкнулась с совершенно неожиданной проблемой. Недостаточная эффективность? Совсем наоборот. Робот умел наводить хирургическое сверло в определенные точки, заранее выбранные в позвоночном столбе пациента, и самостоятельно высверливать отверстия на заданную глубину, а от хирурга требовалось только подтвердить правильный выбор цели. Однако в процессе предварительных испытаний выяснилось, что, хотя хирургов-ортопедов полностью устраивала высокая точность робота, им совершенно не нравилось отсутствие обратной связи при сверлении — им нужно было ощущать, как сверло вгрызается в кость. Ори Хадоми, директор компании Mazor, говорит, что компания была вынуждена «подрезать крылышки» своему детищу и отключить автоматический режим сверления.
RIO Mako Surgical. Эта система представляет собой один прецизионный роботизированный манипулятор, передвигаемый на колесиках. Манипулятор можно вооружить различными инструментами для обработки пораженных болезнью суставов или для позиционирования имплантируемых протезов. В настоящее время применяется при лечении бедер и коленей. Перспективы: хотя спрос на этот аппарат достаточно высок, фирма-производитель сейчас столкнулась с финансовыми трудностями. Прежде чем распространить применение этого робота и на другие части тела, компания должна укрепить свои позиции в области операций на суставах ног.
Renaissance — относительно новая, но далеко не единственная полуавтономная медицинская хирургическая система. Среди роботов, используемых в современной медицине, можно отметить многочисленные установки для лазерной коррекции зрения типа LASIK, и RIO компании Mako Surgical для пластики рабочих поверхностей суставов, и систему для лучевой терапии CyberKnife. Это вполне полноценные роботы, то есть машины, послушно выполняющие поставленную перед ними задачу по заранее определенной программе, которую, впрочем, можно корректировать в зависимости от различных внешних факторов.
К примеру, CyberKnife — это не просто манипулятор с линейным ускорителем электронов для генерации рентгеновского излучения, обученный точному прицеливанию. Его алгоритмы позволяют вести стрельбу по движущейся цели, то есть подстраивать фокусировку, отслеживая дыхание и другие непроизвольные движения пациента. Благодаря этому на пациента можно воздействовать более узким пучком рентгена, сократив при этом общее число сеансов. Поскольку аппарат способен очень точно облучать именно опухоль, не затрагивая соседние ткани, удается не только существенно снизить вероятность различных побочных эффектов, но и дать надежду многим пациентам, которые раньше считались неоперабельными.
Intuitive Surgical da Vinci. Этот аппарат — самый распространенный в мире хирургический робот. Он обеспечивает дистанционное управление стереоэндоскопом высокого разрешения и тремя манипуляторами, которые могут быть вооружены различными хирургическими инструментами. Эти манипуляторы вводятся в человеческое тело через очень небольшие (1−2 см) разрезы. В настоящее время используется при операциях на надпочечных железах, кишечнике, сердце, желчном пузыре, почках, простате, селезенке, желудке, горле и органах женской половой системы. Перспективы: новые направления использования пока не планируются, хотя система постоянно модернизируется — обновляется программное обеспечение и на основе накопленных данных оттачиваются методики проведения операций на уже перечисленных органах.
Вторая волна
Спрос на хирургические системы растет, и ученые создают медицинских роботов второй волны, обладающих еще большей степенью автономности. В 2010 году группа разработчиков ультразвуковых излучателей в Университете Дьюка продемонстрировала своего робота, который был предназначен для биопсии. Первыми «испытуемыми» системы стали индюшачьи грудки, а затем ее успешно испытали на двух пациентках, которым был диагностирован рак груди. Стивен Смит, руководитель группы, полагает, что разработанная под его началом методика должна оказаться значительным подспорьем в развивающихся странах. «Легко себе представить мобильный фургон, в котором смонтирован аппарат для маммографии, трехмерный сканер, наш робот и компьютер с соответствующим программным пакетом, — говорит Смит. — При такой постановке дела со всей работой будет управляться всего один лаборант».
В Университете Карнеги-Меллон профессор робототехники и один из основателей компании Medrobotics Хауи Чозет ждет разрешения FDA (Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарств), которое должно одобрить первую коммерческую модификацию его системы Flex. Змееподобный хирургический робот будет предназначен для выполнения отоларингологических операций. Впрочем, Чозет не намерен ограничиваться этой областью и надеется разработать аналогичные системы, способные не только конкурировать с da Vinci, но и двинуться дальше, меняя наши представления о том, на что способна хирургия и кому она должна быть доверена. «Медицинская помощь должна стать несравненно более доступной, — говорит Чозет. — Испытывая наших змееподобных роботов на свиньях, мы проводили хирургические операции руками людей, не имеющих подобной квалификации». Оператор управляет этой системой с помощью всего лишь одного джойстика. При таком подходе от оператора требуются всего лишь приблизительные познания об анатомии человека, чтобы просто-напросто не заблудиться в его внутренностях. Операционные надрезы станут существенно меньше, и производить их можно будет в тех участках тела, где они будут быстрее заживать.
Accuray CyberKnife. При использовании традиционной лучевой терапии высокоэнергетическим гамма- или рентгеновским излучением захватываются обширные зоны человеческого тела. В системах последних поколений используются линейные ускорители электронов, которые позволяют генерировать узконаправленные сфокусированные пучки рентгеновского излучения. Система CyberKnife наводит это излучение на опухоль с очень высокой (субмиллиметровой) точностью, компенсируя даже естественные движения человека, связанные, например, с дыханием. В настоящее время используется для лучевой терапии опухолей груди, женской половой системы, желудочно-кишечного тракта, головы и шеи, внутричерепных опухолях, почках, печени, легких, поджелудочной железе, простате, позвоночнике. Перспективы: разработчики сейчас не столько пытаются расширить область применения системы, сколько улучшить фокусировку пучков, чтобы увеличить количество пациентов, которым может помочь лучевая терапия.
Чозет полагает, что такая операционная система очень пригодилась бы на поле боя, где полевой санитар, вооруженный такой вот просто управляемой змейкой, мог бы значительно уменьшить количество летальных исходов. «Для того чтобы освоить управление аппаратом da Vinci, нужно медицинское образование и достаточная хирургическая практика, — говорит Чосет. — А на изучение анатомии и на то, чтобы освоить управление гибкой змейкой, потребуется на порядок меньше времени. Если вы играете в видеоигры, вам будет по силам и управлять нашим роботом-хирургом».
Da Vinci в России
Первый хирургический робот da Vinci — модель S — был установлен в Екатеринбурге в 2007 году. В настоящее время в России насчитывается 14 систем da Vinci, из них 12 используются для клинических целей (модели S и более совершенные SI) — в Ханты-Мансийской ОКБ, 50-й ГКБ в Москве, НМХЦ им. Н.И. Пирогова, в Институте хирургии им. В.А. Вишневского, ФЦСКЭ им В.А. Алмазова, ННИИ ПК им. ак. Е.Н. Мешалкина. С помощью этих систем сегодня выполняют достаточно широкий спектр операций в области урологии, гинекологии, общей хирургии, абдоминальной и кардиохирургии. На начало 2013 года в России было проведено более 1880 роботоассистированных хирургических операций.
На фото — Станислав Берелавичус, старший научный сотрудник, хирург отделения общей абдоминальной хирургии Института хирургии им. А.В. Вишневского:
«Хирургические роботы — это не просто новый инструмент, это настоящий прорыв в минимально инвазивной хирургии. Они значительно расширяют возможности врача, поднимая на новый уровень безопасность пациента. Уникальные операции, которые раньше были по силам только отдельным специалистам, теперь могут стать массовыми.»
Робот + человек
Впрочем, врачи, оперирующие с помощью системы da Vinci, весьма скептически относятся к подобным заявлениям. «Посадите человека без медицинского образования за консоль da Vinci — ну и что он будет делать? — спрашивает Станислав Берелавичус. — Более того, поскольку тактика роботоассистированных операций похожа на лапароскопическую, управлять системой должен не просто хирург, а врач, имеющий опыт подобных операций». В операционной нет места для непрофессионалов, причем речь идет не только о хирурге, но и обо всей операционной бригаде.
«Каждый пациент по‑своему уникален, — говорит Кэтрин Мор, руководитель медицинских исследований Intuitive Surgical, компании-производителя системы da Vinci. В теории можно себе представить автономный вариант da Vinci, который был бы наделен способностью выявить и удалить пораженную простату, используя подробную карту внутренних органов. В половине случаев результат будет вполне приличным, но вот в другой половине… Нервы или сосуды, скажем, могут оказаться не совсем там, где обычно, — и это грозит серьезными проблемами.
Во многом это упирается в проблему адекватного отображения. Легче сканировать твердые ткани, например кости. А вот мягкие ткани, пронизанные во всех направлениях сосудами и нервами, — всегда головоломка. Если системы типа Renaissance, позиционирующие при операции на позвоночнике сверло с субмиллиметровой точностью, или RIO, фрезерующий поверхность поврежденного сустава, могут действовать по заранее заданной программе, которая строится в соответствии с рентгенограммами, томографией и ультразвуковыми обследованиями и потом в ходе операции лишь подтверждается, то в области мягких тканей навигация представляет собой серьезную проблему».
Так что развитие хирургических роботов явно не пойдет по прямому пути наделения их все большей автономностью. Автоматика и телемеханика — это просто две составляющие части общего робототехнического решения, а дальнейшие шаги в развитии искусственного интеллекта всегда будут подстраховываться человеческим разумом. Но всем ясно, что эпоха, когда врач ковыряется в чужом теле собственными руками, несомненно, подходит к концу.
Статья «Операционная система» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2013).www.popmech.ru
А вы доверите операцию электронно-механическому хирургу?
Чтение статьи займет: 5 мин.«Главное отличие самурая от хирурга в том,
что когда он разрезает живот, то знает точно – зачем.»
Анекдот
Писатели, создающие свои произведения в жанре фантастики, описывали хирургию будущего в исполнении полностью роботизированных систем, не требующих участия человека в принципе – только лишь в качестве пациента. У роботизированной хирургии большое будущее, поскольку она позволяет резко повысить выживаемость прооперированных пациентов по многим причинам, в т.ч. малые потери крови, минимальные повреждения тканей тела при операциях, практически полное отсутствие рисков инфицирования, гарантированная застрахованность от ошибок человека-хирурга. Последнее мне лично особенно импонирует – робот не умеет ошибаться и не позволит ошибиться человеку. Роботизированная хирургия получила свое развитие гораздо раньше, чем большинство из вас, читатели, могут предполагать – все началось еще в 1985 году…
Футуристический робот-хирург
Первой разработкой в области роботизированной хирургии стал робот-манипулятор Stanford arm, созданный в 1972 году американским изобретателем Виктором Шейнманом – это был первый в мире полностью электрический манипулятор, управляемый дистанционно.
Первый роботизированный манипулятор
Изначально Шейнман предполагал внедрить свое изобретение на промышленных сборочных конвейерах, поэтому продал свою разработку крупнейшему американскому разработчику промышленных манипуляторов – компании Unimate.
Робот-манипулятор «Пума-650»
Предназначенная для хирургических операций модификация этого робота, созданная на базе Stanford arm компанией Unimate при финансовой поддержке автомобильного гиганта General motors получила название Puma-650 — первая хирургическая операция с его использованием (нейрохирургическая биопсия) была успешно проведена в 1985 году в США.
Хирургический робот ProBot
Следующим роботизированным хирургическим прибором стал робоманипулятор ProBot, созданный в Имперском колледже Лондона в 1988 году и предназначенный только для операций на предстательной железе – первая операция с его применением проведена в том же году доктором Натаном Сентхилом в лондонской больнице Св. Томаса и прошла успешно.
Хирургический робот Robodoc
В 1986 году научно-исследовательский центр IBM имени Томаса Дж. Уотсона совместно с Университетом Калифорнии города Дэвис разработали роботизированную систему, предназначенную для эндопротезирования тазобедренного сустава – этот робот-хирург получил название Robodoc.
Следующая роботизированная система манипулирования, получившая название Zeus, была создана по заказу американского авиакосмического агентства NASA – цель заказа заключалась в создании программируемого автоматического манипулятора, способного выполнять некоторые задачи в открытом космосе вне орбитальной станции. Медицинская модификация робота Zeus (Зевс), предназначенная для проведения хирургических операций и разработанная совместно американскими компаниями Hermes control center и Socrates Telecollaboration, оснащалась тремя руками-манипуляторами – одна из них выполняла функции эндоскопа, что позволяло проводящему операцию хирургу видеть оперируемый орган, два других манипулятора становились «руками» хирурга, управляющими различными хирургическими инструментами.
Робот хирург Зевс на операции
Прототип Zeus был продемонстрирован медицинским кругам в 1995 году, в течение двух последующих лет робот тщательно тестировался в лабораторных условиях. Первая выполненная им операция – коронарное шунтирование – была проведена в 1998 году. В последующие два года проектировщики робохирурга из компании Computer Motion, Inc, приобретшие права на него, оснастили «Зевса» 28-ю различными хирургическими инструментами для его манипуляторов, в знак признания его медицинских характеристик Zeus был официально разрешен для проведения операций в США – соответствующее разрешение было предоставлено его производителям ФДА, федеральным агентством по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США.
Робот хирург «Да Винчи»
В начале 90-х Стенфордский институт SRI International получает заказ от армии США на разработку хирургического робота, способного оперировать пациентов под дистанционным управлением хирургов. Разработанные в рамках этого заказа технологии в 1994 году были объединены воедино ученым-робототехником Фредериком Моллом, впоследствии основавший компанию Intuitive Surgical Devices, Inc, главным продуктом которой стал широко известный сегодня робот-хирург «Да Винчи». Прототипами этого робохирурга были роботы «Ленни» и «Мона», также названные в честь Леонардо да Винчи. Первые модели робохирурга «Да Винчи» поступили в медицинские учреждения Европы в 1999 году, после одобрения ФДА в 2000 году – в медучреждения США.
Время с 2000 по 2003 годы два производителя робохирургов Zeus и Da Vinci, обладающих равными техническими характеристиками и возможностями, провели в судебных тяжбах между собой по взаимным обвинениям в нарушении патентного права. Наконец в 2003 их руководители решили прекратить тяжбы и объединить компании в одну, поскольку судебные разбирательства принесли серьезные убытки обеим сторонам. Компания Intuitive Surgical Devices, Inc поглотила Computer Motion, Inc, дальнейшая разработка и производство робохирурга «Зевс» прекращена – все существующие по нему наработки направлены на дальнейшее совершенствование робота-хирурга «Да Винчи».
Манипуляторы, управляющие роботом-хирургом
Роботизированная хирургическая система «Да Винчи» состоит из двух основных блоков – первых из них, операционный, вес которого 5 тонн, оснащен тремя или четырьмя «руками»-манипуляторами, второй консольный блок предназначен для хирурга, управляющего манипуляторами. Три операционных манипулятора представляют собой универсальные держатели хирургических и электрокоагуляционных инструментов, разработанных специально для этого робота, последний манипулятор оборудован двумя эндоскопическими видеокамерами, передающими изображение на операционную консоль хирурга. Во время операции хирург размещается у консольного блока, отслеживая ход оперативного вмешательства через стереоскопические (3D) окуляры, управляя двумя хирургическими манипуляторами при помощи рук, правой ногой – электрокоагуляционным манипулятором, левой – манипулятором с эндоскопическими камерами.
Программное обеспечение «Да Винчи» переводит движения хирурга вне зависимости от усилия, приложенного к рукояткам управления, в движения многократно меньшей силы, что позволяет выполнять операции на крайне малом пространстве и через минимально возможные отверстия в человеческом теле – диаметр отверстий под каждый манипулятор равен диаметру обычного карандаша. Стоимость робохирурга «Да Винчи», в зависимости от числа манипуляторов, составляет порядка 1 500 000 – 2 000 000 $ США.
Миниатюрные хирургические инструменты робота-хирурга
При целом ряде современных преимуществ оборудование для роботизированной хирургии слишком громоздко и массивно, стоит очень и очень недешево. В ближайшие годы, в особенности, когда истекут сроки действия патентов, принадлежащих производителю робохирурга «Да Винчи», на медицинском рынке появится сразу несколько более совершенных, миниатюрных и относительно дешевых (раз этак в десять!) хирургических роботизированных манипуляторов. И только тогда роботизированная хирургия перестанет быть дорогостоящей и редкой медицинской услугой, а высококвалифицированные хирурги из любой точки Земли смогут проводить операции удаленно, не тратя времени на дорогу – операционный блок в одной точке нашей планеты, управляющий консольный блок в другой, связь между приборами ведется по телекоммуникационным каналам.
В ролике я предлагаю читателям посмотреть, как управляемый хирургом робот «Да Винчи» очищает от кожицы виноградинку, не повреждая при этом ее – это нечто!
svagor.com
Роботы скоро переплюнут хирургов?
Все чаще в СМИ появляется информация о роботах-хирургах. Неужели сюжеты фантастических фильмов обрели реальность и теперь для проведения операций не требуется участие человека? В реальности пока что роботизированные комплексы выполняют роль помощников врачей, хотя с каждым днем степень сложности этой помощи возрастает настолько, что ее уровень уже недоступен для обычного хирурга. А там, глядишь, оперировать будут и вообще без врачей?
Пластический хирург о секретах молодости и старости
Отечественные разработчики презентовали в Москве роботохирургический комплекс, созданный при поддержке Московского государственного медико-стоматологического университета имени А. И. Евдокимова, Института конструкторско-технологической информатики Российской академии наук и других государственных учреждений. Устройство позволяет использовать его при проведении операций в области общей хирургии, гинекологии, урологии и во многих других отраслях оперативной медицины.
Создатели с удовлетворением сообщают, что точность их изобретения — до пяти микрон, в сотню раз меньше, чем у знаменитого робота-хирурга Da Vinci, признаваемого ныне в мире «золотым стандартом» подобных технологий.
Кстати, и вес российского ноу-хау — всего четыре килограмма, в отличие от полутора тонн у вышеописанного зарубежного «родственника». То есть, в принципе, робохирурга можно брать с собой на выезды к больным даже не машиной, а, скажем, общественным транспортом. Хотя, разумеется, это больше чисто теоретическая возможность, ведь любой уважающий себя хирург должен делать операции в хорошо оборудованной операционной, с хорошим режимом стерильности, массой дополнительного оборудования и т. д.
С другой стороны, в практике военно-полевой хирургии, «медицины катастроф» и других ситуациях, далеких от идеальных, такой сверхлегкий и сверхточный прибор может оказаться очень даже кстати.
Надо сказать сразу: термин «робот-хирург» больше из области околомедицинской журналистики, любящей звучные и интригующие выражения. На самом деле, подобные устройства в профессиональной терминологии принято именовать «манипуляторами». Потому что для работы на них живой врач все же необходим. Собственно говоря, ту или иную операцию на робохирурге делает именно человек. Его руки посредством кнопок джойстиков, клавиш и других подобных устройств передают желание доктора произвести с телом пациента ту или иную манипуляцию, а умная машина уже доводит этот замысел до конца.
Что-то похожее, например, происходит во время прицеливания пилотами современных боевых самолетов и вертолетов, а в последнее время все чаще и командирами современных танков. Офицеру, грубо говоря, достаточно просто взглянуть на потенциальную мишень, и система целеуказания, поймав направление его взгляда, сама сделает все остальное. Определит расстояние до цели, необходимый подъем угла орудия и прочее. После чего выстрел будет сделан максимально быстро и максимально точно.
Нечто похожее происходит и в ходе «робоопераций», которых, кстати говоря, в мире на сегодняшний день сделано уже около 200 тысяч штук. Доктор, следя за операционным полем, двигает пальцами по специальному «тачпэду», а машина своими манипуляторами разрезает кожу и подлежащие ткани, затем, в конце, накладывает швы. Причем точность и скорость машинных движений настолько высоки, что общая кровопотеря, которая при обычной операции может составлять около двух литров, при машинной составляет всего несколько десятков миллилитров.
Ну а некоторые вещи в хирургии без помощи «компьютерного хирурга» невозможны в принципе. Как, скажем, операции на работающем сердце. Ведь его мышца сокращается с частотой около одного раза в секунду — ясно, что при таком раскладе даже наложить туда какой-нибудь шов не успеет самый гениальный доктор, он просто не сможет учитывать столь быстрые движения нашего «мотора». А вот для робота такая задача, как говорится, раз плюнуть: его процессор может учесть и гораздо большую частоту «смены картинки», заставив работать синхронно с ней свои манипуляторы. Соответственно, для ряда кардиохирургических операций сердце теперь останавливать специальными препаратами (сродни известного яда кураре) не надо.
А, например, операции в офтальмологии? Они обычно проводятся под микроскопом, ведь толщина глазных оболочек, что называется, и есть микроскопическая. Повредить их неловким, излишне размашистым движением скальпеля очень просто. Поэтому оперирующие окулисты по праву считаются одними из самых «элитных» хирургов. А вот робот может оперировать глаза с куда более высокой, чем человек, точностью. Собственно, пять микрон российского изобретения по большому счету уже не рекорд — отдельные специализированные западные офтальмологические роботы работают с точностью уже всего одного микрона! Другое дело, что в подавляющем большинстве для не глазных оперативных вмешательств такая запредельная точность просто не нужна.
В общем, роботы-хирурги однозначно становятся очень важными, а порой и просто незаменимыми помощниками докторов. Но все же, возможно ли воплощение в жизнь сюжетов фантастических фильмов, где космонавтов, а то и обычных людей будущего «чинят» «под ключ» машины практически без участия человека? Разве что от него требуется нажать кнопку старта, предварительно положив больного на операционный стол.
Однозначный прогноз на этот счет дать сложно. В принципе, такая техника уже сейчас снабжается все сильнее умнеющим «искусственным интеллектом», который способен самостоятельно производить все более сложные манипуляции. Грубо говоря, для многих из них опытный доктор особо и не нужен — достаточно посадить за пульт «зеленого» выпускника, а то и вообще студента-медика, имеющего лишь самые общие представления о том, что необходимо сделать во время операции.
С другой стороны, в гражданской сфере роботы-хирурги будут «мальчиками на побегушках» у живых врачей еще долго. Чему будут способствовать и значительная «инерция мышления» обычных пациентов, высокие гонорары медиков, а также обилие юристов, специализирующихся на исках к больницам за «нанесенный пациенту ущерб». При этом робохирурги, подобно автомобилям, считаются источниками повышенной опасности. То есть то, что в случае проведения вмешательства человеком может сойти за добросовестную врачебную ошибку, при исполнении с помощью машины может трактоваться ушлыми адвокатами если не «халатностью», то «необоснованным риском» из-за использования новой и якобы недостаточно проверенной техники.
Однако никто не может дать гарантии, что робохирургические технологии не развиваются там, где вышеописанные факторы не очень значимы, — в военной, космической медицине и других сходных отраслях. В самом деле, в случае отправки экспедиции хоть в джунгли, хоть на Марс ее участникам, грубо говоря, будет плевать на юридические тонкости и корпоративные интересы хоть эскулапов, хоть адвокатов. Им надо будет иметь под рукой технику, способную спасти их жизнь в случае ранения, травмы, опасного заболевания. При этом без необходимости включать в свой состав целую бригаду разнопрофильных квалифицированных хирургов. Так что, как знать, возможно, когда-нибудь слово «робот-хирург» будет означать действительно полностью автоматизированную для проведения операций машину.
www.pravda.ru
Роботы-хирурги. Перспективы развития • Русский Доктор
Современные роботы-хирурги впечатляют своим техническим совершенством и …своими размерами. Общий вес робота-хирурга Да Винчи составляет 1 тонну, а размер консоли управления хирурга – 1,21 x 1,22 x 1,66 метра. Большие габариты и необходимость в широком пространстве для маневра постепенно ставится тормозом в развитии роботизированной хирургии и ее внедрение в широкую клиническую практику.
В традиционной операционной уже сейчас ощущается острая нехватка пространства из-за большого количества медицинской аппаратуры. Кроме того, большие приборы тяжело приспособить к существующим схемам и этапам разноплановых оперативных вмешательств. Крупные узлы оборудования со сложными опциями практически невозможно настроить в условиях ограниченного пространства.
Основные проблемы и их возможные решения
Уменьшение габаритов роботизированных систем значительно упростило бы интеграцию и внедрение инновационных технологий в операционной. Как же сделать хирургических роботов более компактными?
Жесткие хирургические инструменты
Одной из главных причин больших габаритов является то, что робот манипулирует длинными жесткими хирургическими инструментами. Принцип действия схож с правилом рычага – широкие движения крупных элементов на одном конце легко трансформируются в микроскопические движения на кончике инструмента. Конструкция робота должна быть достаточно крепкой и устойчивой для удержания инструмента в организме и поддержания собственного веса.
- Решение. Возможный путь уменьшения габаритов – использование гибких хирургических инструментов с необходимым диапазоном движения и силой захвата. Это особенно касается оперативных вмешательств на небольших анатомических структурах. В таких случаях нет необходимости в широких движениях вне тела и противодействиям сил напряжения. Гибкие инструменты могут управляться меньшими роботизированными системами, что облегчит их использование в операционных и внедрение в существующие схемы лечения. Однако разработать подходящие гибкие хирургические инструменты сложная задача.
Миниатюрные размеры инструментов
Одно из главных препятствий – миниатюрный размер инструментов. Кабели передачи движения должны проходить через все компоненты и точки крепления с минимальными помехами для движения. Кроме того, в некоторых инструментах необходимо наличие рабочего канала для подачи воды или кабеля электрического тока.
- Решение. Пример успешного решения проблемы миниатюризации – гибкий манипулятор для офтальмологической роботизированной системы. Инструмент имеет диаметр 1.8 мм с центральным рабочим каналом в 1 мм. Приводные кабели имеют диаметр в 110 мкм и проходят через каналы в 150 мкм. К каждому манипулятору подходят, по крайне мере, 4 таких кабеля, что делает необходимым включение большого количества элементов в очень узкое пространство.
Трение между элементами
Поскольку робот уменьшается в размерах, то проблема трения между отдельными механическими элементами стает очень важна. Для гибких инструментов трение между кончиком инструмента и передающим механизмом должно быть минимальным, что является гарантией точности и быстроты передачи движения.
- Решение. Одним из возможных решений является создание шарнирных соединений вместо скользящих. Сила сопротивления значительно меньше, когда элементы вращаются один против другого. Однако шарнирное соединение затрудняет линейное движения при изгибах. Длина приводящих кабелей должна изменятся с различной скоростью и диапазоном для точного движения. Только сложный компенсаторный механизм обеспечивает необходимую степень движения.
Высокая стоимость
Еще одно препятствие – разработка методики, которая позволила бы создать миниатюрные детали за приемлемую цену. Сейчас для этих целей используется дорогая технология точной микрообработки, которая обеспечивает ювелирность работы и постоянство характеристик элементов.
Несколько слов необходимо сказать и о материале миниатюрных манипуляторов. Было бы естественно предположить, что оптимальным материалом для приводящего механизма будет нержавеющая сталь, титан или вольфрам. Однако стальная проволока диаметром в 100 мк, которая кажется гибкой в макромасштабе, не обеспечивает плавное передвижение кончика инструмента. Кроме того, контакт металла с металлом не способствует разрешения проблемы трения и электризации.
- Решение. Альтернативой могут стать полимерные нити. Гелеобразный полиэтилен имеет незначительный вес, обладает исключительной твердостью и гибкостью. Но тут возникают другие проблемы. Полимер состоит из множества микрофибров, которые трудны в обработке и легко ломаются.
Сложность сборки
Сборка – еще одна задача для миниатюрных роботов. Как провести кабеля диаметром в 110 микрон через ряд микроотверстий?
- Решение. Сейчас разрабатываются монтажные приспособления, которые упрощают процесс сборки, и предотвращают повреждения нежных микроскопических элементов.
На пути эволюции роботов-хирургов стоит еще много препятствий, но большинство экспертов сходятся во мнении, что процесс миниатюризации неизбежен. Инновационные технологии скоро позволят создать универсального помощника хирурга.
russdoc.ru
Когда появятся роботы-хирурги? — Катаклизмы и повседневность
Наблюдать за этой сложной процедурой – значит, дивиться тому, чего можно достичь, работая с роботом в тандеме. Стайелман, директор Центра роботизированной хирургии Лэнгона в Нью-йоркском университете, проведший уже несколько тысяч хирургических операций при помощи робота, орудует манипуляторами при помощи панели управления. Повернув запястье и сведя пальцы вместе, он заставляет инструмент внутри тела повторять те же самые движения, только в гораздо меньшем масштабе. «Робот составляет со мною одно целое»,- утверждает Стайфелман, пока его механические придатки завязывают ещё один узел.
Но некоторые робототехники, наблюдая за этими ловкими движениями, увидели бы не чудо, а потерянный потенциал. Стайфелман – это тренированный эксперт с ценными умениями и опытом принятия решений. Но он тратит своё драгоценное время на зашивание, доводку после основной хирургической операции. Если бы робот смог сам проводить эту монотонную процедуру, хирург бы освободился для более важных вещей.
Сегодняшние роботы расширяют возможности хирурга; они отфильтровывают дрожь в руках и позволяют делать такие движения, которые бы не выполнил и лучший врач при лапароскопии с её длинными и тонкими инструментами (получившими прозвище «палочки для еды»). Но при этом, робот – всего лишь более хитроумный инструмент под прямым управлением человека. Дэннис Фаулер [Dennis Fowler], исполнительный вице-президент компании Titan Medical, изготавливающей робохирургов, считает, что медицине было бы лучше, если бы роботы стали автономными, начали сами принимать решения и выполнять назначенные им задания независимо. «Это технологическое улучшение должно добавить надёжности и уменьшить количество ошибок, происходящих из-за людей»,- говорит Фаулер, проработавший хирургом 32 года до того, как перейти в эту отрасль.
Дать роботам такое повышение в должности – не слишком отдаленная перспектива. Большая часть технологий активно разрабатывается в научных и промышленных лабораториях. Работая пока с резиновыми моделями людей, экспериментальные роботы зашивают и чистят раны, вырезают опухоли. Некоторые соревнования между ними и людьми уже показали, что роботы работают точнее и эффективнее. В прошлом месяце роботизированная система в госпитале Вашингтона продемонстрировала такой результат, зашивая настоящую ткань, взятую из кишечника свиньи. Исследователи сравнили работу автономного бота и хирурга, и нашли, что стежки бота были равномернее и плотнее закрывали разрез.
Хотя эти системы совершенно не готовы для использования на людях, они могут представлять будущее хирургии. Тема скользкая, поскольку она подразумевает потерю хирургами работы. Но в операционной — как на сборочном конвейере: если автоматизация улучшает результаты, её не остановишь.
Гутан Ашрафиан [Hutan Ashrafian], хирург по удалению частей пищеварительной системы для сброса лишнего веса и преподаватель в Имперском колледже Лондона, изучает результаты робохирургии и часто пишет о потенциале ИИ в здравоохранении: «Я всё время об этом думаю»,- признаётся он. Он считает, что пришествие робохирургов неизбежно, оставаясь, все же, осторожным в выборе формулировок. В обозримом будущем Ашрафиан ожидает от робохирургов выполнения простых задач по команде хирурга. «Наша цель – улучшить результаты операций. Если использование робота приводит к спасению жизней и уменьшению рисков, то мы будем обязаны применять эти устройства».
Ашрафиан смотрит и в будущее: по его словам, вполне возможно, что в медицине появятся роботы следующего поколения, которые смогут сами принимать решения посредством настоящего ИИ. Такие машины смогут не только выполнять рутинные задачи, но и делать операции целиком. Это выглядит маловероятным, по словам Ашрафиана, но путь технических инноваций может привести нас и туда. «Это пошаговый процесс, и каждый из шажочков не такой уж и большой,- говорит он. – Но хирург из 1960 года не узнал бы ничего в моей сегодняшней операционной. А через 50 лет, по моему мнению, мир хирургии будет другим».
BETHESDA, Md. (May 1, 2007) — Capt. Joseph Pasternak, an ophthalmology surgeon at National Naval Medical Center Bethesda, lines up the laser on Marine Corps Lt. Col. Lawrence Ryder’s eye before beginning LASIK VISX surgery
Робохирурги уже принимают решения и действуют независимо чаще, чем вы себе представляли. При коррекции зрения автоматическая система отрезает лоскут роговицы и выдаёт серию лазерных импульсов для изменения формы внутреннего слоя. При замене коленей роботы режут кости с большей точностью, чем люди-хирурги. В дорогих клиниках по пересадке волос робот выявляет здоровые волосяные фолликулы на голове, собирает их и готовит облысевший участок для имплантатов, проделывая небольшие отверстия в голове по определённому шаблону, избавляя доктора от многих часов рутины.
Операции с мягкими тканями в груди, брюшной полости и тазовой области пока ещё представляют проблему. Анатомия людей немного разнится, и автономному роботу придётся очень хорошо разбираться в мягких внутренних тканях и змеящихся сосудах. Более того, внутренние органы пациента могут передвигаться во время операций, поэтому роботу будет нужно постоянно корректировать план операции.
Он также должен надёжно вести себя в критических ситуациях. Эта задача была продемонстрирована в центре хирургии нью-йоркского университета, где Стайфелман отпустил артериальный зажим, перекрывавший кровоток к почке во время удаления опухоли. «Теперь нужно убедиться, что мы не истекаем кровью»,- говорит он, управляя эндоскопом вокруг органа. Большинство швов выглядит неплохо, но внезапно на экране появляется красный фонтанчик. «Ого, видали? Давайте ещё нить»,- говорит он ассистенту. Перекрыв быстрым стежком поток, Стайфелман может завершать операцию.
Для него это часть ежедневной работы, но как справится с неожиданной ситуацией робохирург? Его системе компьютерного зрения нужно будет распознавать в фонтанчике крови серьёзную проблему. Затем ПО, принимающее решения, должно будет решить, как заштопать разрыв. Затем вступят в работу инструменты, среди которых будет игла и нить. И наконец, оценивающая программа оценит результаты, и определит, нужны ли дополнительные действия. Настроить робота на отличное выполнение каждого из этих шагов – измерение данных, принятие решений, действия и оценка – большая и трудная инженерная задача.
Стайфелман, сейчас работающий в Медицинском центре Хакенсаковского университета в Нью-Джерси, делал операции в Нью-Йоркском университете при помощи робота «да Винчи». Эта машина от компании Intuitive Surgical стоит до 2,5 миллионов долларов, и является единственной роботизированной системой для операций на мягких тканях, одобренной в США. Пока «да Винчи» доминирует на рынке – уже 3600 таких аппаратов работает по всему миру. Но его путь к успеху не всегда был гладким. Пациенты подавали в суд из-за проблем на операционных столах, одно исследование утверждало, что об этих инцидентах сообщали не всегда. Некоторые хирурги спорят, приносят ли робохирурги реальные преимущества в лапароскопических операциях, цитируя конфликтующие друг с другом исследования результатов операций в различных случаях. Несмотря на эти споры, многие госпитали приняли у себя технологию от Intuitive, и многие пациенты стремятся к ней.
«да Винчи» полностью контролируется хирургом, его манипуляторы из пластика и металла остаются недвижимыми, пока доктор не возьмётся за рычаги на пульте. Intuitive хочет всё так пока и оставить, как объясняет Саймон Димайо, управляющий отделом исследований и разработок передовых систем компании. Но, добавляет он, эксперты по робототехнике уже приближают будущее, в котором хирурги будут оперировать с «увеличивающимся уровнем помощи и направления от компьютера».
Димао сравнивает исследование в этой области с ранними разработками робомобилей. «Первые шаги это – распознавание разметки, препятствий, машин и пешеходов»,- отмечает он. Затем инженеры создали машины, помогающие водителям распознавать окружающую обстановку – например, машина, знающая о расположении окружающих машин, может предупредить водителя при попытке сменить полосу движения, когда это делать нежелательно. Роботам-хирургам, чтобы выдавать такие же замечания – предупреждая человека, инструменты которого отклонились от типичного пути – нужно стать гораздо умнее. К счастью, многие машины уже обучаются.
Робохирург в углу лаборатории Калифорнийского университета в Беркли пока не умеет завязывать узлы, но зашивает он уже хорошо. Работая с эмулятором плоти, один манипулятор проводит изогнутую желтую иглу через края «раны». Второй вытягивает иглу, появляющуюся из «плоти», чтобы затянуть нить. Их не направляют человеческие руки, а их путь не просчитывает мозг. Автономный робот затем передаёт иглу обратно и всё начинается заново.
В то время как робот продолжает работать, по лаборатории носится Кен Голдберг, похожий на профессора из Маппет-шоу. Голдберг, глава лаборатории Беркли по автоматизации и инженерным исследованиям, профессор в четырёх областях, включая электротехнику и искусство, имеет репутацию человека, способного добиваться от роботов удивительных результатов. На стене лаборатории висит написанный одним из его ранних роботов портрет, где его лицо и торс выведены неуклюжими синими и красными мазками.
Пока что «плоть», зашиваемая роботом — это всего лишь розовая резина. Но технология уже вполне реальна. В 2012 году Intuitive начали дарить бывшие в употреблении системы «да Винчи» исследователям в университетах всего мира. И когда Голдбер обучает своего «да Винчи» независимому выполнению операций, те же алгоритмы теоретически могут управлять и реальными системами при операциях на живых пациентах. «Мы пока ездим по тестовому полигону,- говорит Голдберг,- но однажды мы выедем и на дорогу». Он верит, что простейшие операции будут автоматизированы в ближайшие 10 лет.
Чтобы выполнить задачу автономного зашивания, голдберговский «да Винчи» подсчитывает оптимальные точки входа и выхода каждого стежка и траекторию иглы, отслеживая её движение при помощи сенсоров и камер. Игла выкрашена в ярко-жёлтый, чтобы компьютер её лучше распознавал. И всё равно задача остаётся непростой. Опубликованные результаты работы говорят, что робот завершил лишь 50% процедур по созданию четырёх стежков, обычно второй манипулятор не мог захватить иглу или запутывал её в нити.
Профессор уточняет, что даже если роботы хорошо научатся выполнять простые операции, он всё равно считает нужным присутствие живых хирургов в качестве наблюдателей. Ему видится «автономия под надзором». «Хирург всё равно отвечает за операцию,- говорит он,- но низкоуровневые аспекты процедуры выполняет робот». Если роботы будут делать тяжёлую монотонную работу с точностью и неизменным качеством – «сравните работу швейной машинки с ручным швом» – объединение машины с человеком сможет создать суперхирурга.
Уже скоро, по словам Голдберга, роботы достигнут качества, необходимого для больниц, поскольку они начинают учиться самостоятельно. В последнем эксперименте по обучению через наблюдение, «да Винчи» записывал данные операций, проводимых восемью хирургами различного класса, когда те накладывали по четыре стежка при помощи манипуляторов. Алгоритм обучения извлёк визуальные и кинематические данные, разделил операцию на шаги (размещение иглы, давление на иглу, и прочие), чтобы выполнять их последовательно. Таким образом «да Винчи» может, в принципе, научиться любой хирургической процедуре.
Голдберг уверен, что обучение через наблюдение – единственный эффективный подход. «Мы думаем, что сейчас машинное обучение – самая интересная тема,- говорит он,- поскольку создание алгоритмов снизу вверх не масштабируется». Конечно, задач очень много, и сложные задачи потребуют у роботов обработки данных тысяч операций. Но данных достаточно. Каждый год хирурги проводят по 500 000 операций с использованием «да Винчи». Что, если они поделились бы данными со всех операций (с сохранением приватности пациентов), позволив ИИ обучаться? Каждый раз при использовании хирургом вспомогательного робота для успешного наложения швов на почку, например, ИИ мог бы улучшить своё понимание этой процедуры. «Система могла бы извлекать данные, улучшать алгоритмы, подправлять задачу,- говорит Голдберг. Мы бы все вместе умнели».
Автоматизация в операционной не обязательно должна включать иголку, скальпель или ещё что-то острое и опасное. Две компании, выводящие на рынок робохирургов, разработали камеры, которые автоматически двигаются, выдавая хирургу удобную картинку операции, будто читая его мысли. Сегодня хирурги, используя машину «да Винчи», пока ещё останавливаются, чтобы передвинуть камеру или попросить об этом ассистента.
TransEnterix из Моррисвиля, стремится потягаться с «да Винчи» со своей системой Alf-X, уже доступной в Европе. Система включает отслеживание глаз, встроенное в пульт управления, и контролирует эндоскоп – тонкую оптоволоконную камеру, проникающую в тело пациента. Когда хирург просматривает изображение на экране, Alf-X двигает камеру так, чтобы то, что интересует хирурга, оставалось по центру экрана. «Глаза хирурга становятся компьютерной мышью»,- говорит Энтони Фернандо [Anthony Fernando], директор по технологиям TransEnterix.
Система Sport Surgical System от Titan Medical из Торонто практикует другой подход к автоматизации изображения. Эта система внедряет небольшие камеры в полость тела, и они вращаются и наводятся в зависимости от положения инструментов хирурга. Такой тип автоматизации – удобный первый шаг к робохирургам, считает Фаулер, представитель компании. И против него, скорее всего, не будут возражать регуляторы. Фаулер уверен, что когда компания подаст заявку на одобрение своей техники в Европе в этом году, и в США – в следующем, система камер не вызовет никаких вопросов. «Но если автоматизация будет означать, что компьютер контролирует инструмент, делающий разрез – тогда такая система потребует дополнительного тестирования»,- говорит он.
Intuitive ждут вызовы и от крупных соперников. Medtronic, один из крупнейших в мире производителей медицинских устройств, разрабатывает робохирургическую систему, про которую пока никому не рассказывает. Google в прошлом году объединился с Johnson & Johnson для запуска Verb Surgical – системы с «передовыми возможностями роботов», как говорится в пресс-релизе. Аналитики на основе такой активности предсказывают бум на рынке. В недавнем отчёте WinterGreen Research сказано, что мировой рынок для роботов, делающих операции в брюшной полости («да Винчи» и его соперники) вырастет с $2,2 миллиардов в 2014 году до $10,5 миллиардов к 2021 году.
Если прогноз оправдается, и робохирурги станут обычным делом в операционных, естественно, мы станем доверять им всё более сложные задачи. А если они покажут, что на них можно положиться, роль людей-хирургов может сильно измениться. Когда-нибудь хирурги смогут встречаться с пациентами и вырабатывать курс лечения, а затем лишь наблюдать, как роботы выполняют их команды.
Гутан Ашрафиан [Hutan Ashrafian], хирург по удалению частей пищеварительной системы для сброса лишнего веса говорит, что профессиональное сообщетсво с готовностью воспримет эти перемены. История медицины показывает, что хирурги «всегда с восторгом улучшают свою эффективность», говорит он, и добавляет, что они готовы принимать любые полезные инструменты. «Никто уже не оперирует одним лишь скальпелем»,- произносит Ашрафиан с иронией. Если независимые роботы научатся выполнять хирургические задачи достаточно хорошо, сработает этот же принцип. В поисках совершенства хирурги однажды могут вообще выпустить из своих рук хирургию.
harmfulgrumpy.livejournal.com
Хирург-беспилотник: в России создан уникальный оперирующий робот | Статьи
При проведении сложных операций скоро можно будет использовать многофункциональную роботизированную платформу. Разработка российских ученых пригодится в самых разных областях медицины — от стоматологии до нейрохирургии. Отличие новой установки от уже существующих систем в том, что она может работать без участия хирурга, по аналогии с транспортным беспилотником. Стоимость платформы, как уверяют специалисты, будет в разы меньше цены знаменитого хирургического робота da Vinci, цена которого $2 млн. В минимальной комплектации она появится в больницах в ближайшие годы.
«Умная операционная»
Ученые Московского государственного медико-стоматологического университета им. А.И. Евдокимова совместно с Московским государственным технологическим университетом «Станкин» создали прототип уникального роботизированного хирургического комплекса. По сути, разработка представляет собой основной элемент «умной операционной». Она снабжена системами навигации, планирования операций, а также двумя роботами — автономным и ручным, точность движений которых на порядок выше, чем у хирурга, рассказал «Известиям» начальник отдела управления проектами развития Московского медико-стоматологического университета Игорь Романенко.
— Конструкция ручного робота напоминает шарнирную настольную лампу, которая жестко фиксируется хирургом на операционном столе и позволяет управлять различными инструментами: скальпелем, иглой для биопсии, лазером и другими — по заданной программе, — рассказал эксперт. — Рядом с этим манипулятором размещена система визуализации и навигации, которая на основе цифровых моделей органов пациента позволяет планировать операцию, а также с помощью систем компьютерного зрения «видеть», как она проходит.
Операция на автопилоте
Главное отличие данной разработки от существующих на рынке аналогичных систем в том, что в ней задействован автономный робот. Знаменитый da Vinci, который сегодня используется в сотнях клиник по всему миру, представляет собой только робот-ассистированную хирургическую платформу.
— Последовательность и время выполнения действий определяет хирург. Затем компьютерная программа переводит план операции в набор автоматических алгоритмов, — поясняет Игорь Романенко. — Врач, нажимая на Enter, запускает программу и контролирует процесс. У хирурга, конечно же, есть красная кнопка, которой он может в любой момент остановить робота. Концептуально это очень похоже на принцип работы беспилотных автомобилей, действия которых пока еще контролирует водитель-человек.
Среди плюсов «умной операционной» ученые также называют ее многофункциональность. Предполагается, что работать с ней смогут врачи самых разных профилей — от нейрохирургов до стоматологов.
Программное обеспечение сконструированной в Московском медико-стоматологическом университете роботической системы является, по сути, открытой платформой для приложений, необходимых хирургам различной направленности. Еще одно преимущество в том, что разработчики хотят сделать эту систему максимально доступной. Чтобы самые простые модификации «умной операционной» были доступны областным клиническим больницам.
Доступная технология
На сегодняшний день ученые создали рабочий прототип, который на манекене выполняет пять видов хирургических манипуляций: биопсию головного мозга, лазерный рез в области мягких тканей рта, радиочастотную абляцию печени (малоинвазивный метод оперативного лечения с помощью электрической энергии), транспедикулярную фиксацию позвоночника (установка винтов в позвонки) и нанесение клеточного материала для устранения кариесной области зуба с помощью аутологичных стволовых клеток.
Роботические системы в своей минимальной комплектации (только с ручным манипулятором, без автоматического) могут появиться в больницах в ближайшие годы, сообщил «Известиям» заместитель руководителя направления «Биомедицина» рабочей группы Национальной технологической инициативы «Хелснет» Андрей Ломоносов.
— Этот ручной манипулятор, входящий в состав «умной операционной», может выйти на рынок в ближайшее время. Он будет доступен широкому кругу больниц, что в конечном счете сделает оказание хирургической помощи более безопасным, — отметил эксперт.
Говорить об эффективности нового робота пока рано, отметил заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и хирургии катастроф Сеченовского университета Алексей Лычагин.
— Если это действительно автономный прибор, то это, конечно, очень интересно. Однако говорить о его плюсах и минусах, пока не изучена клиническая практика, сложно, — отметил он.
Разработчики считают, что до внедрения «умной операционной» в полной комплектации в клиническую практику может пройти около пяти лет.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
iz.ru