Новый российский робот-хирург, способный выполнять сложные операции на сосудах, сердце и даже мозге, успешно прошел испытания и скоро выйдет на мировой рынок медицинского оборудования. РИА Новости рассказывает, на что способен ассистирующий хирургический комплекс отечественной разработки, почему пациентам не придется за него платить и в чем он превосходит американского конкурента «da Vinci» машину предыдущего поколения.
Первых роботов для хирургии создали в США в середине 1980-х годов. Электрический манипулятор, ориентируясь на данные компьютерной томографии, делал биопсию мозга. В 1990-м стартап Computer Motion по заказу NASA изготовил роботическую руку «Эзоп» (AESOP), вооруженную эндоскопом. Ею можно было управлять голосовыми командами. Космическое ведомство намеревалось оснащать этим манипулятором орбитальные шаттлы, а когда программу закрыли, «Эзоп» пригодился в гражданской медицине.
В 2000-х его сменил более совершенный робот-хирург «da Vinci». Врач сидит за консолью, наблюдая за операционном полем в 3D-мониторе. С помощью джойстиков и педалей он управляет расположенными на подкатной тележке манипуляторами и инструментами, введенными в пациента.
Эпоха «da Vinci»
Изначально «da Vinci» разрабатывали для операций на сердце, аортокоронарного шунтирования. Затем область применения расширили, и теперь наиболее популярные операции с его помощью это простатэктомия и гистерэктомия.
«Da Vinci» произвел революцию в хирургии за счет внедрения роботической технологии. Но у него есть недостатки. Дело в том, что в среднем один робот делает одну операцию в два дня. То есть устройство стоимостью более двух миллионов долларов фактически простаивает. Объясняется это, во-первых, ценой операции с его участием, которая не вписывается в страховку: больной либо клиника вынуждены доплачивать. Во-вторых ограниченным функционалом», рассказывает РИА Новости Сергей Шептунов, доктор технических наук, директор Института конструкторско-технологической информатики РАН.
Производитель «da Vinci» фактически монополизировал рынок. В мире продано несколько тысяч таких комплексов. Около 30 действуют в России. Однако на практике «da Vinci» оказался не таким эффективным, как ожидали врачи. Среди связанных с ним трудностей отмечают большие габариты и вес комплекса, необходимость специально готовить для него операционную, узкий угол обзора для хирурга. Кроме того, для разных движений манипулятора применяется один механизм. Обслуживание робота тоже дорогое: один комплект инструментов для манипуляторов стоит около трех тысяч долларов. Обучить хирургов для его использования можно только за рубежом.
«Не будем повторять»
Российские медики провели не одну тысячу операций с помощью «da Vinci» и знают все его проблемы. Несколько лет назад Дмитрий Пушкарь, заведующий кафедрой урологии МГМСУ и главный уролог Минздрава, предложил создать более совершенного робота, учитывающего все пожелания хирургов.
За проект взялся Сергей Шептунов с командой молодых инженеров.
«Чтобы сделать такого робота, нужно быть совершенно отвязными. Старый опыт сюда не притянешь», говорит ученый.
Институт конструкторско-технологической информатики РАН основан в 1990 году, в перестройку. Его специалисты занимались автоматизацией станкостроения, а потом применяли свои наработки в самых разных областях: от образования до медицины. Проектировали автоматизированные парковки, образовательные инженерные стенды, создавали медицинские имплантаты с наноструктурированными поверхностями, композитные наночастицы, угнетающие раковые клетки.
«Изучив, какие технологии нужны хирургам, мы поняли, что улучшать «da Vinci» не имеет смысла. Мы разработали принципиально иную архитектуру. Сделали макет, который в семь с половиной раз больше того, что получилось в итоге. Доказали, что наш подход работает, и приступили к реализации. Если «da Vinci» это стандартный робот, то наш ориентированный на хирургию», рассказывает Шептунов.
Хирургам нужен был компактный робот с высокой точностью действий и широким функционалом. Важное техническое условие манипуляторы должны крепиться к операционному столу. И, конечно, операция не может быть такой дорогой, как с «da Vinci», необходимо вписаться в ОМС.
Инженеры в корне изменили конфигурацию системы, способы фиксации инструментов, камеры, существенно уменьшив габариты установки, повысив ее мобильность и расширив функционал.
Можно потрогать
Операция с использованием отечественного робота-хирурга, или, как его называют разработчики, ассистирующего хирургического комплекса, внешне похожа на то, как действует «da Vinci». Хирург сидит за консолью, используя рукоятки-контроллеры для манипулирования и педали для включения разных функций. В монитор смотрит в 3D-очках, где с заданным увеличением показано операционное поле. Можно менять масштаб: например, приблизить кровяной сосуд, чтобы прижечь коагулятором или поставить клипсу. Движения хирурга контроллерами передаются на манипуляторы в микромасштабе.
Российские ученые добились на порядок большей точности манипулирования: 50 микрон вместо полмиллиметра у «da Vinci». Возможно, в урологии это не всегда нужно, но в кардиохирургии, при операциях на сосудах, позвоночнике или мозге очень важно. Высокая точность расширяет сферу применения робота-хирурга.
«Da Vinci», чтобы достичь такой точности, должен быть в несколько раз больше. При нынешней архитектуре они не смогут преодолеть барьер в сто микрон», уверен Сергей Александрович.
В отличие от «da Vinci» российский робот сразу создавался на цифровой платформе, что в сочетании с отказом от тросикового механизма позволило реализовать обратную связь, когда хирург-оператор физически чувствует давление инструмента на ткани. То есть установка передает тактильные ощущения, столь важные в хирургии. Разумеется, принцип реализации обратной связи ученые не раскрывают: это ноу-хау с большим коммерческим потенциалом.
«Мы разработали универсальные крепления к операционному столу, которые позиционируют манипуляторы относительно тела с нужной точностью, под нужными углами», добавляют ученые.
Еще одна «фишка» операционное поле можно задать, просто очертив его на мониторе. Инструмент манипулятора не выйдет за этот контур и не заденет, например, кости малого таза, что чревато воспалением.
И, конечно, мозг всей системы компьютер. В его память записываются все движения хирурга на контроллерах обсчитываются и передаются на манипуляторы. Это позволит в будущем подключить элементы искусственного интеллекта, чтобы облегчить работу человеку.
Хирург и в Арктике хирург
Полностью отечественная разработка прошла недавно «боевое» крещение. С ее помощью прооперировали свинью, удалив миому матки. Сейчас робота модернизируют и вскоре начнут продвигать на рынок.
В планах реализовать мобильную версию робота-хирурга, помещающуюся в чемодане и пригодную для полевых условий. Аккумуляторов хватит на три часа автономной работы. Врач в труднодоступной точке успеет выполнить операцию самостоятельно или под контролем опытного хирурга, наблюдающего за процессом по монитору из другого региона. Для этого нужен только мобильный интернет. Полностью дистанционное управление роботом пока невозможно из-за физического ограничения скорости линий связи. Чем длиннее кабель, тем дольше идет сигнал. А задержка даже в пять миллисекунд для хирурга критична.
Разработчики пытаются расширить возможности робота, заставив кончик инструмента поворачиваться на 180 градусов. Кроме того, они хотят вооружить комплекс еще одним инструментом лазером. Тогда добавится много хирургических техник и технологий, в том числе операции на участках размером десять микрон, то есть на клеточном уровне. На такое пока не способен ни один робот-хирург.