Робототехника в медицине
В секторе здравоохранения происходит тихая роботизированная революция, которая окажется решающей в эпоху жесткой экономии, старения и увеличения численности населения, а также нехватки медицинского персонала. Роботы уже помогают врачам спасать жизни, и их применение в больницах растет быстрыми темпами. Роботы освобождают медицинский персонал от рутинных задач, которые занимают очень много времени, а так же делают медицинские процедуры более безопасными и менее дорогостоящими для пациентов. Они могут перевозить опасные вещества.
Более подробно о том, как развивается робототехника в современном здравоохранении, рассказывает Виталий Олегович Недельский, к. п. н., основатель и первый президент Национальной ассоциации участников рынка робототехники (НАУРР).
— Виталий Олегович, где Вы изучали робототехнику?
— Я изучал робототехнику, можно сказать, в бою, поскольку уже лет семь назад я выступил основателем и был первым президентом Национальной Ассоциации участников рынка робототехники. Мы собирали всех, кто в России занимается роботами, мы много ездили по миру, рассказывали на различных международных конференциях, что в России в этой сфере происходит, и заодно учились.
Сейчас я развиваю компанию Semantic Hub — это основная моя любовь и место работы. Я сооснователь и директор по развитию. У меня несколько образований: инженерное, экономическое, защищал диссертацию на философском факультете МГУ. По жизни — я технологический предприниматель.
Мне нравится строить компании, делать бизнес, главным образом, в области высоких технологий. Искусственный интеллект, роботы и робототехника как раз относятся к той отрасли высоких технологий, куда идут инвестиции.
И, конечно, меня привлекает медицина — одна из самых благодарных областей для применения роботов потому, что там есть много того, чем можно было бы помочь людям, врачам и медсестрам, хирургам.
— Давайте немного обратимся к истории робототехники. Когда появились первые механические помощники в медицине?
— Сорок лет назад появился первый робот-хирург. Он, может быть, выглядит неказисто с высоты сегодняшних дней, но эти роботы помогали удерживать инструменты во время нейрохирургических операций, тем самым освобождали и руки, и мозг хирурга, позволяя ему сфокусироваться на самых сложных этапах операции.
Больше двадцати лет назад начали внедрять робота, который использовался для дистанционной эндоскопии. Уже у него в руках были хирургические инструменты. Еще один «старичок» производил операции на головном мозге и лечение или удаление опухолей головного мозга.
Робот-хирург «Да Винчи», один из наиболее известных, начал свой путь в операционных в 2001 году. Он управляется хирургом. С тех пор уже на свет появилось несколько более совершенных поколений и десятки тысяч этих роботов действуют по всему миру. На примере использования подобных роботов люди учились, инженеры изобретали, хирурги давали обратную связь разработчикам. И в результате, каждое следующее поколение умных помощников становилось всё более совершенным.
— Какие задачи решает робот в медицине?
— Одна из основных задач — не столько сделать какую-то работу, сколько освободить пространство для людей, избавить их от рутинного труда, требующего повышенного внимания. Это необходимо для того, чтобы люди, в данном случае хирурги, могли сконцентрироваться на более сложных, более творческих процессах своей работы.
Всегда в медицине и в диагностике врач несет юридическую и этическую ответственность за результат своего хирургического вмешательства. Робот – лишь орудие, машина, но этот инструмент позволяет намного лучше проводить операции.
Я встречался с одним хирургом, который работал на «Да Винчи», и он сказал очень запомнившуюся мне фразу: «Кто поработал на «Да Винчи», скальпель больше в руки не возьмет». Дело в том, что в целом смертность после операции с участием такого рода роботов на порядок ниже, чем смертность у среднего хирурга. У робота несколько рук, одна из них оснащена камерой с микроскопом, остальные руки оснащены инструментом.
— Как происходит процесс взаимодействия робота и хирурга?
— Хирург наблюдает за операционным полем, и с помощью очень тонких джойстиков — инструментов совершает манипуляции. Но при этом безошибочность, которую дает робот, намного выше точности человеческих рук. Врач не может сделать разрез на одну десятую миллиметра. А есть кровеносные сосуды или нервы, которые еще тоньше. А робот преобразует движение хирурга в очень точные манипуляции. И позволяет объемно контролировать совершаемую операцию.
При этом робот остается техническим приспособлением. Это сложный скальпель, который программируется перед операцией на определенное, конкретное действие, которое должен совершать. Если хирург ошибётся, если у него дрогнет рука, робот не продолжит это действие, он подстрахует хирурга. И появится сообщение, что вот здесь остановлена операция, нужно начать ее сначала.
Роботы-хирурги делают более щадящие операции, менее инвазивные, потому что сам протокол намного короче. Это значит, что человек быстрее восстанавливается, меньше находится в больнице.
— Какие операции делают роботы?
— Таких операций — длинный перечень: на позвоночнике, на сердце, на железах, удаление опухолей и др. Список большой. Фактически, робот-хирург является одним из членов команды, где есть четкое разделение труда и где он выполняет свою часть работы.
Робот-ассистент, к примеру, производится немецкой компанией KUKA. Манипуляторы и инструменты под управлением человека выполняют определенные операции, с помощью лазера они могут разрезать ткани, проводить эндоскопию, биопсию, забор тканей. И эти операции будут точными и аккуратными.
Есть привычная система джойстиков, с помощью которых можно управлять хирургическими инструментами. Но в перспективе можно наладить систему обратной связи через перчатки и вибрацию, чтобы таким образом управлять инструментами роботов.
При этом через очки виртуальной реальности, например, можно видеть то, что происходит во время операции.
Робот-диагност — это оборудование компани "Siemens" . Роботом является весь комплект, который располагается относительно стола и под различными углами может выполнять сканирование в различных плоскостях, не поворачивая человека, и получать снимки.
Существует уже довольно много роботов-терапевтов. Они проводят различные виды терапии. Например, лучевую терапию в онкологии. За счет того, что он воздействует на саму опухоль очень точно, то результат лечения с использованием радиации для пациента получается очень щадящим. Воздействие происходит фокусное, здоровые ткани при этом не повреждаются.
— Какие еще есть типы операции, в которых используются роботы?
— С помощью роботов можно производить забор и анализ крови. Коллаборативные манипуляторы приспособлены для обработки пробирок. Один берет пробирку, второй сканирует штрих-код, они их раскладывают, перекладывают, закладывают в центрифугу и проводят анализ.
Фактически, они это делают с высокой производительностью и непрерывно: 24 часа в сутки семь дней в неделю, без выходных, без болезней, и у них руки не трясутся.
Конечно, такие роботы могут использоваться в самых разных операциях. Сегодня, когда объем анализов во время эпидемии намного вырос, такого рода автоматизация привлекает все больше и больше внимания. Там, где люди не справляются или, где надо ограничить их контакт с инфицированными пациентами, уже используются специальные мобильные платформы, которые могут развозить все что нужно: еду, лекарства, посуду.
В этом роботе есть электронная карта помещения. У него есть приборы, позволяющие ориентироваться в пространстве, видеокамеры, радары. Он гарантированно не столкнется с вами, остановится и пропустит. Он ездит по своим маршрутам, делает свою работу. Таким образом, он освобождает медицинский персонал, в первую очередь медсестер, чтобы они больше внимания уделяли пациентам, потому что всегда этого внимания недостаточно.
— Как происходит обучение роботов?
— Существует много алгоритмов. Китайцы, например, не стали придумывать нового робота для стоматологии, а взяли существующей манипулятор, коллаборативный робот, который программируется руками, а не программой.
Его заранее обучают, какие он должен движения делать, а он их запоминает. При этом он снабжен дополнительной камерой, которая более точно позиционирует его относительно пациента. И он полностью автономно устанавливает пациентке 2 импланта, причем сами импланты тоже перед этим были распечатаны на 3D принтере. Точность очень высокая и с помощью такого рода инструментов можно увеличить производительность труда в стоматологии.
Интересная роботехническая установка на основе манипулятора производства фирмы "KUKA" . Человек давит на чувствительную платформу, и за счет измерения этого давления под различными углами, можно понять, как у него работает нога, делать выводы о том, как ее дальше лечить.
— А как медиков обучают взаимодействию с роботами?
— Для обучения в медицинских институтах всегда использовались различные манекены, но сейчас эти манекены становятся все более роботизированными, в них имитируются различные функции человека, его анатомия, реакции.
По специальной программе студенты могут выполнять те или иные манипуляции и автоматически получать обратную связь с оценкой насколько правильно или не правильно они выполнили практическое задание. Такое обучение намного удобнее, чем по книжкам, и намного безопаснее, чем учиться на живых людях.
— 3D принтер – это тоже робот?
—3D принтеры стоят технически особняком от роботов. Это — соседний технический сегмент, но у них с роботами общая цель — восстановить здоровье людей. 3D принтеры уже зашли в область печатания биологических тканей: каркасы тканей, различные кости, плаценту, волокна и др.
В стоматологии печатаются не только импланты, но и капы, которые на порядок комфортнее обычных брекетов. Они вставляются в рот, причем их не заметно, и исправляют прикус.
Можно напечатать сердце или отдельные части сердца, в частности, сердечный клапан. Он печатается точно под конкретного пациента. И это сильно повышает его приживаемость, и в целом выживаемость пациентов с такого рода искусственными органами. Донорские органы продолжают использоваться, но доноров всегда не хватает.
Следующее поколение — это 3D печать органов и технологии, связанные с выращиванием из стволовых клеток. Печать печени, например, начинается с печати отдельных клеток, которые дальше объединяются в орган. Замена органов — это возможность продлить жизнь людей, потому что органы изнашиваются и отказывают не одновременно, как и в автомобиле, а по очереди. В целом, вы можете себя еще неплохо чувствовать, мозг может работать хорошо, но вот одряхлели, условно говоря, почки или желчный пузырь, а замена этого органа позволяет добавить годы жизни.
Изготовление протезов делается 3D принтерами объемной печатью. Они используют такие компоненты, которые максимально легко приживаются на теле. Индивидуально выращивается рука, например. Каждое следующее поколение протезов все ближе к естественным конечностями.
В США много инвестиций пошло на исследование в области протезирования, потому что военнослужащие продолжают возвращаться из Ирака и Афганистана без рук, без ног.
За последние годы в США из Ирака приехало 1600 военнослужащих без ног, без рук или без одной руки. Из них 24 человека без обеих рук. Конечно, эти технологии помогают людям жить полноценной жизнью.
— Как сегодня развивается технология создания экзоскелетов?
— СМИ иногда рассказывают, как известные спортсмены на протезах начинают бегать. И это уже не просто протезы — это уже элементы экзоскелетов, которые двигают конечностями.
Одни системы управления построены на датчиках: если вы шевельнёте рукой, коснетесь ступней, он совершает шаг.
Другие системы построены на соединении нервов с электродами. Нервы на руке сращивают с управляющими проводами протеза, и вы можете шевелить пальцами, совершать движение рукой.
Третья группа систем основана на управлении через мозговые импульсы. Ободок на голове считывает мозговые импульсы, вы просто, как обычно, мысленно поднимаете руку или сжимаете пальцы, а этот сигнал, преобразованный в электричество, передается на моторчик протеза.
