Медицинские роботы — это полностью или частично автономные системы, которые выполняют медицинские или общие сервисные задачи, самостоятельно или с минимальным вмешательством человека. Современные роботы в медицине применяются для выполнения задач, требующих интенсивного контакта с пациентами в режиме реального времени, точности движений, строгой последовательности действий и физического взаимодействия с пациентами и врачами.
Роботизированные хирургические устройства, как, например, система Da Vinci, позволяют хирургам выполнять минимально инвазивные операции с повышенными точностью и контролем. Их автономность ограничена — они работают под непосредственным управлением человека. Другие медицинские роботы, напротив, обладают полной автономией для задач высокой точности, таких как обработка и закрытие ран, наложение повязок, выдача лекарств и автоматизация работ в лаборатории.
Применение роботов в медицине (основные направления внедрения роботов)
Робототехника сегодня помогает человеку в разных областях медицины. Выделились и развиваются параллельно несколько направлений:
- хирургические роботы и робот-ассистированная хирургия;
- робототехника для радиотерапии;
- роботизированное протезирование;
- реабилитационные, лабораторные, больничные и социальные роботы.
Активно ведутся исследования и развиваются новации в этой отрасли робототехники. К примеру, разрабатывается симуляция осязания в роботизированной руке при помощи высокоточного измерения усилия и крутящего момента. Это новый уровень физического взаимодействия человека и робота. Оригинальные методы обучения нейронной сети позволяют роботу «ощутить» местоположение, направление и величину силы, приложенной к любой точке его поверхности. Робот реагирует на прикосновения и распознает команды, передаваемые прикосновениями к его поверхности. Так пользователи получают дополнительный интуитивно понятный способ взаимодействия с роботом.
Хирургические роботы представляют собой высокотехнологичный медицинский инструмент, который применяется для выполнения минимально инвазивных операций с высокой точностью. В них использована интеграция современных систем визуализации, тактильной обратной связи — для оценки реакции тканей в реальном времени, эффективные технологии машинного обучения и искусственного интеллекта — для помощи в принятии решений во время медицинских процедур.
В реабилитации роботы используются при повторяющихся физиотерапевтических манипуляциях, обеспечивая необходимую последовательность движений. Роботы снижают нагрузку на терапевтов и помогают пациентам восстанавливаться после травм или операций. Например, экзоскелеты поддерживают реабилитацию пациентов, перенесших травмы спинного мозга или инсульт — поддерживают и улучшают подвижность для восстановления мышц.
Специализированные “роботы для обработки жидкостей” широко используются в клинических и патологических лабораториях для переноса анализов, добавления разбавителей и реактивов, оценки образцов, считывания штрихкодов и стерилизации. Такие устройства могут за день обработать тысячи образцов с высокой точностью.
Роботизированное протезирование — новое применение медицинских роботов. Оно направлено на предоставление их владельцам функциональности конечностей, приближенной к естественной. Одним из примеров являются нейромышечно-скелетные протезы, которые крепятся к кости и управляются электродами, имплантированными в его нервы и мышцы.
Больничные роботы, благодаря заранее запрограммированной схеме окружения и встроенным сенсорам — доставляют лекарства, еду и препараты по больнице. Больничные роботы берут на себя дезинфекцию комнат и «красных» зон, устраняя необходимость контакта персонала с патогенами.
В больничных условиях антропоморфные (человекоподобные) социальные роботы оказывают пациентам, особенно пожилым и детям, когнитивную поддержку — своей способностью к социальному взаимодействию. Они подбадривают и демонстрируют пациентам, как выполнять определенные движения.
Роботизированные кушетки точно позиционируют пациента перед началом лечения. Они позволяют врачам изменять положение пациента удаленно, не входя в лечебный кабинет.
Что такое робот-ассистированная хирургия?
Робот-ассистированная хирургия — применение роботизированных систем как дополнения к возможностям человека. В этом случае робот не является полностью автономным устройством. Робот не выполняет операции самостоятельно, а лишь ассистирует хирургу, увеличивая точность его действий. Роботизированная система имитирует движения руки хирурга в реальном времени. Из-за сложности и ответственности выполняемых операций такую систему нельзя запрограммировать. Она не может самостоятельно принимать решения о движении или выполнении любого хирургического маневра.
Так, например, несмотря на то, что роботизированная система Da Vinci поддерживает хирурга в его действиях, она не может работать без контроля врача. Хирург остается полностью ответственным за операцию. Робот только помогает в выполнении точных движений. Это гарантирует безопасность пациента и предотвращает ошибки, связанные с некорректной работой машины.
Преимущества робот-ассистированной хирургии заключаются в минимальной травматизации тканей и высокой точности выполнения операций, что улучшает результаты лечения и ускоряет восстановление пациентов после операции.
Какие операции были проведены с помощью роботов?
Робот-ассистированная хирургия развивается и применяется в различных медицинских областях.
- Кардиохирургия. В Королевском специализированном госпитале имени короля Фейсала (King Faisal Specialist Hospital and Research Centre) в Саудовской Аравии успешно проведено более 400 роботизированных операций на сердце с показателем выживаемости 98%. Эти процедуры включают замену аортального клапана и многоклапанные операции.
- Трансплантация легких. Американские хирурги из медицинского центра Нью-Йоркского университета Лангоне (NYU Langone Health) впервые в истории медицины выполнили полностью роботизированную двойную пересадку легких.
- Трансплантация печени. В Барнс-Еврейской больнице (Barnes-Jewish Hospital) Сент-Луиса, США, пациенту с раком и циррозом печени была успешно проведена роботизированная трансплантация печени — одна из самых сложных абдоминальных (на полости живота) операций.
- Урологические и гинекологические операции. Роботизированные системы широко используются для удаления миом, почек и пораженных раком тканей.
Робот-хирург Da Vinci
Робот-ассистированная хирургия — это инновационная медицинская методика, при которой хирург для выполнения операций использует роботизированную систему. В данном случае — Da Vinci (Da Vinci Surgical System). Вместо традиционных инструментов врач управляет миниатюрными роботизированными манипуляторами через консоль, получая возможность видеть операционное поле на мониторе. Такой подход повышает точность и скорость хирургического вмешательства. Это снижает риск ошибок, связанных с человеческим фактором, например, с дрожанием рук.
Система Da Vinci состоит из трех основных компонентов: консоли хирурга, консоли пациента и видеостойки. Консоль хирурга — рабочее место врача, где с помощью манипуляторов он управляет операцией. Консоль пациента содержит роботизированные манипуляторы с инструментами и видеокамеру, которая передает изображение на экран. Видеостойка позволяет всей операционной бригаде отслеживать ход хирургического вмешательства.
Система активно используется в различных медицинских областях, в том числе в урологии, гинекологии, а также в сложных хирургических вмешательствах на органах брюшной полости. Кроме того, система Da Vinci применяется для сложных операций на кишечнике и в желудочно-кишечном тракте.
В урологии она используется для удаления предстательной железы, мочевого пузыря, почек или их частей (частичная резекция). Такие операции часто проводятся при онкологических заболеваниях, где требуется высокая точность и минимальная травматизация тканей. Еще система используется для хирургических вмешательств при недержании мочи и реконструкциях мочевыводящих путей.
В гинекологии основной акцент делается на лечение пролапса органов малого таза и на хирургические вмешательства при лечении рака яичников или рака матки.
Безопасна ли роботизированная хирургия Da Vinci?
Использование системы Da Vinci в хирургии значительно снижает риски для пациентов. Это достигается за счет нескольких факторов.
- Минимально инвазивные операции. Хирург делает небольшие разрезы, через которые вводятся инструменты и камера. Это способствует меньшей травматизации тканей и сокращает время восстановления.
- Высокая точность. Технология робот-ассистированной хирургии дает возможность выполнять манипуляции с точностью до миллиметра. Врачи могут тщательно контролировать каждое движение инструментов. Так снижается риск повреждения здоровых тканей, нервов и сосудов.
- Улучшенная визуализация. Операционное поле отображается в трехмерном виде и может быть увеличено до 40 раз. Это позволяет хирургу работать с самыми мелкими структурами.
- Меньше боли и послеоперационных осложнений. Уменьшение травм и разрезов снижает боль и риск инфекций. Большинство пациентов испытывают менее выраженные боли. Им требуется меньше обезболивающих средств.
- Быстрое восстановление. Благодаря менее травматичным операциям, пациенты быстрее восстанавливаются. Через несколько дней после операции они могут двигаться и возвращаются к нормальной жизни. Время пребывания в стационаре сокращается.
- Высокоточные манипуляции дают возможность проводить операции с минимальным повреждением нервных окончаний. Это позволяет сохранить важнейшие функции организма.
- Меньшая кровопотеря. Благодаря высокой точности и минимальным разрезам, кровопотери во время операций значительно меньше. Как следствие, снижается риск осложнений, связанных с потерей крови.
Является ли хирургическая система Da Vinci искусственным интеллектом?
Сама по себе хирургическая система Da Vinci не является искусственным интеллектом. Система Da Vinci используется в качестве инструмента для ассистирования хирургу во время операций. Она помогает врачу выполнять высокоточные манипуляции с минимальной травматизацией тканей, но не принимает самостоятельных решений и не действует автономно, без вмешательства человека.
Система Da Vinci управляется непосредственно хирургом через консоль, такие роботы лишь выполняют команды, которые даются врачом. Они не способны самостоятельно анализировать ситуацию, принимать решения или адаптироваться к изменениям в процессе операции без участия человека. В отличие от систем с искусственным интеллектом, которые могут самостоятельно учиться и принимать решения на основе анализа данных, Da Vinci — это инструмент для улучшения точности и эффективности хирургии, но под контролем опытного специалиста-человека.
Как управляется хирургическая система Да Винчи?
Система Da Vinci оснащена стойкой с двумя или четырьмя (у модели Da Vinci X) интерактивными роботизированными руками у операционного стола, системой видеообзора и консолью хирурга. Роботизированные руки (манипуляторы) с хирургическими инструментами имеют семь степеней свободы, это больше, чем у руки человека. Хирург-оператор движением своих рук управляет системой. Движения рук хирурга масштабируются, фильтруются и преобразуются системой в режиме реального времени в точные движения инструментов. Вместо рук хирурга используются микроинструменты. Это позволяет ускорить процесс операции.
Хирург получает трехмерное изображение операционного поля с высоким разрешением и с возможностью 40-кратного увеличения. Это позволяет четко видеть в очень ограниченном пространстве самые тонкие структуры, например, нервы или сосуды, и исключить излишнее травмирование тканей. Есть возможность получить флуоресцентное изображение, позволяющее точно разграничить ткани опухоли и здоровые ткани.
Операция с использованием робота Da Vinci начинается с проведения нескольких небольших разрезов (до 1 см), через которые вводятся миниатюрные хирургические инструменты и камера. Система обеспечивает хирургу возможность точно контролировать каждый шаг операции, минимизируя вероятность ошибок.
Врач видит операционное поле в 3D и может делать очень мелкие, точные движения, которые невозможно осуществить вручную. Это дает уникальную возможность выполнять сложнейшие манипуляции с высокой степенью точности.
Система комплектуется отдельной стойкой с высокоточным монитором, на котором все члены операционной бригады могут отслеживать ход хирургического вмешательства.
Каково время восстановления после операции с использованием робота Da Vinci?
Использование робот-ассистированных технологий в хирургии с роботом Da Vinci имеет множество очевидных преимуществ. Во-первых, это минимальная травматизация тканей, что приводит к быстрому восстановлению пациентов. Через несколько часов после вмешательства они способны двигаться и выполнять повседневные действия. Поскольку разрезы при таких операциях минимальны, риск инфицирования или возникновения послеоперационных осложнений сводится к минимуму, нет необходимости в переливании крови. Обычно после операции люди покидают стационар через 2–3 дня.
Характерным является отсутствие ощутимых болей в послеоперационный период, а также минимальное количество шрамов. Малая инвазивность операций позволяет избежать крупных рубцов. Особенно важно это с эстетической точки зрения.
В случае ошибок или некорректных движений система Da Vinci блокирует несанкционированные команды, что обеспечивает высокий уровень безопасности.
Кто находится в операционной во время роботизированной операции?
Во время операции с использованием роботизированной хирургической системы, например, Da Vinci, в операционной всегда присутствуют несколько специалистов. Это четыре или более человек, их количество зависит от сложности операции и потребностей конкретной медицинской команды.
- Хирург, который управляет системой, находясь за консолью, расположенной в той же операционной или поблизости. Он выполняет все действия с помощью инструментов робота.
- Ассистент хирурга. Он находится у операционного стола и помогает вводить и позиционировать инструменты робота. Также выполняет вспомогательные манипуляции — смену инструментов и другие.
- Операционная медсестра, которая подает необходимые инструменты и материалы и обеспечивает их стерильность.
- Анестезиолог — контролирует состояние пациента, управляет анестезией и следит за жизненно важными показателями.
Иногда присутствует технический специалист или инженер, отвечающий за настройку и обслуживание роботизированной системы на случай технических проблем.
Система Da Vinci представляет собой революционную разработку в сфере хирургии. Особенно в областях урологии, гинекологии и общей хирургии. Применение робота в хирургии позволяет значительно повысить точность операций, минимизировать риск осложнений и ускорить восстановление пациентов. В клиниках, использующих эту систему, пациенты получают доступ к передовым методам лечения с максимальной безопасностью и комфортом.
