Технологическое будущее хирургии

Будущее хирургии предполагает фантастическое сотрудничество между людьми и технологиями, которое может поднять уровень точности и эффективности операций так высоко, как мы еще никогда не видели. Искусственный интеллект, хирургические роботы, 3D-печать и новые методы визуализации уже используются в широком спектре процедур. Но это еще не все.

Необходимо также учитывать человеческий фактор в хирургии. На врачах лежит огромная ответственность: одним разрезом на теле пациента они могут нанести непоправимый ущерб или совершить медицинское чудо. С развитием цифровых технологий хирурги получают новые устройства, чтобы сделать как можно меньше разрезов. Это новые хирургические технологии, которые расширяют возможности хирургов, а не заменяют их.

Хирурги также склонны отдаляться от пациентов. Человеческое общение не обязательно является квинтэссенцией их работы; однако по мере того, как технологические решения проникают в их практику, беря на себя часть их повторяющихся задач, имеет смысл пересмотреть такую позицию. Сочувственное отношение к пациентам до и после операции обеспечит незаменимость их услуг и в век робототехники и искусственного интеллекта. И все это обещают новые технологии.

Виртуальная реальность (virtual reality, VR)

Начиная с 2016 года такие компании, как Osso VR, ImmersiveTouch, OramaVR и Fundamental VR разрабатывают системы, позволяющие использовать VR как для обучения, так и для визуализации.

VR может поднять преподавание и обучение в медицине на совершенно новый уровень, заменив студентам подглядывание через плечо хирурга во время операции. Используя VR, хирурги могут транслировать операции, позволяя студентам-медикам виртуально находиться в операционной, используя специальные очки. Помощь таких технологий в отработке процедур или действий по спасению жизни неоценима.

И хотя за последние годы это еще не стало нормой в медицинском обучении или образовании, ведущие университеты и институты начинают использовать эту технологию.

Например, в Израиле разработана специализированная система для хирургов на базе технологии виртуальной реальности Surgical Theater, созданная при участии бывших офицеров военно-воздушных сил Израиля. Surgical Theater позволяет нейрохирургам подготовиться к конкретным операциям примерно так, как летчики-истребители готовились к конкретным миссиям.

Система состоит из трех частей. Первая часть Precision VR Viewer представляет собой средство, которое превращает обычные черно-белые двухмерные КT- или МРТ-сканы пациентов в интерактивную 3D модель, чтобы помочь пациентам и их семьям лучше понять заболевание и методы его лечения. Вторая часть - это программа Surgical Planner, которая преобразует файлы двумерных изображений в VR-реконструкции для помощи нейрохирургам в планировании процедуры. С помощью VR-гарнитуры хирурги могут просматривать цифровую реконструкцию, изучать проблемные зоны под любым углом и разрабатывать персонализированный хирургический подход.

Третьей частью платформы является SNAP (Surgical Navigation Advanced Platform), которая интегрирует хирургический VR-план для конкретного пациента в существующую систему хирургической навигации в операционной. По словам разработчиков, детальная визуализация, сделанная SNAP, может привести к более точным хирургическим процедурам, которые могут защитить мозг и оптимизировать результаты лечения и сроки выздоровления пациента.

Дополненная реальность (augmented reality, AR)

AR отличается от VR двумя существенными особенностями. Пользователи AR не теряют связь с реальностью, в то время как VR максимально быстро передает информацию в поле зрения. Эти отличительные особенности имеют огромный потенциал для того, чтобы помочь хирургам повысить эффективность операций. Проводят ли они минимально инвазивные операции или определяют местонахождение опухоли в печени, медицинские приложения AR могут помочь спасти жизни и обеспечить беспрепятственное лечение пациентов.

В 2020 году в США была проведена первая операция на позвоночнике с использованием AR, в ходе которой система AR Guidance помогла хирургам визуализировать 3D-анатомию позвоночника пациента во время операции - как будто у врачей было рентгеновское зрение. Команда из больницы Джона Хопкинса высоко оценила этот инструмент за точность, безопасность и операционную эффективность. Аналогичное решение - xvision - разработала компания Augmedics. Оно предназначено для хирургической навигации при операциях на позвоночнике.

xvision - это настоящая система хирургической навигации, сравнимая с такими решениями как Medtronic StealthStation или Stryker Brainlift System, которое точно отслеживает положение хирургических инструментов, имплантатов и контролирует всю операцию на позвоночнике.

Система xvision включает в себя головное устройство с расположенным перед глазами прозрачным дисплеем и все элементы традиционной навигационной системы. Она точно определяет положение хирургических инструментов в режиме реального времени, после чего на данные компьютерной томографии пациента накладывается виртуальное изображение их траектории движения.

Затем с помощью гарнитуры трехмерные навигационные данные проецируются на сетчатку глаза хирурга, позволяя ему одновременно смотреть на пациента и видеть навигационные данные, не отвлекая глаз на удаленный экран во время процедуры.

Еще одна компания, Proprio, помогает медицинским работникам, создавая сверхточные 3D-изображения с помощью технологии искусственного интеллекта.

Система медицинской визуализации True 3D компании EchoPixel позволяет врачам взаимодействовать с конкретными органами и тканями пациента в открытом трехмерном пространстве. Она позволяет врачам немедленно выявлять, оценивать и препарировать клинически значимые структуры.

Хирургические роботы

Сегодня хирургические роботы оснащены 3D-камерами, которые записывают ход операции. Пока врач продолжает операцию, видео передается на компьютерный экран, расположенный где-то рядом.

Самым известным хирургическим роботом является хирургическая система da Vinci, и она была представлена более 20 лет назад. Она оснащена увеличенной системой трехмерного зрения высокой четкости и крошечными инструментами, которые сгибаются и вращаются гораздо сильнее и точнее, чем человеческая рука. С помощью системы da Vinci хирурги оперируют всего через несколько небольших разрезов - неудивительно, что на сегодняшний день эта система уже использовалась в более чем 8,5 млн операций по всему миру.

В ходе этой процедуры хирург постоянно на 100% контролирует роботизированную систему. Дополнительная ценность робота заключается в том, что он помогает хирургу накладывать швы, рассекать и втягивать ткани.

Кроме гигантских роботизированных хирургических систем существуют и их существенно меньшие собратья. Разработанное израильской компанией XACT Robotics устройство XACT ACE - это роботизированная система, не требующая использования рук и разработанная для повышения точности достижения целей при чрескожных процедурах, проводимых под контролем компьютерной томографии, включая абляции, биопсии и адресную доставку лекарств, с высоким уровнем безопасности, предсказуемости и точности.

Система состоит из двух основных компонентов - робота и консоли. Консоль используется для планирования процедуры, управления инструментом и контроля его продвижения. Робот весом менее четырех килограммов устанавливается прямо на пациента, чтобы помочь радиологу выполнить чрескожную процедуру без необходимости вручную направлять введение инструмента, обычно иглы, для достижения цели в теле. При этом если цель перемещается во время процедуры - что часто происходит при введении инструмента, движении или дыхании пациента - нелинейные возможности управления робота позволяют достичь цели в новом месте в соответствии с обновленной траекторией.

Хирургические роботы могут значительно повысить точность операций, но настоящий прорыв произойдет только с появлением полностью автономных роботов в операционных. Возможно, это займет некоторое время, но место для роботов в здравоохранении определенно есть.

Минимально инвазивная хирургия

Одним из методов, совершивших революцию в хирургии, стало внедрение лапароскопов, а затем эндоскопов.

Минимально инвазивная хирургия позволяет делать меньше, но более точных разрезов, меньше надрезов, что приводит к меньшей боли и более быстрому восстановлению. Компания Levita, создающая медицинское оборудование, намерена усовершенствовать такие процедуры с помощью своей магнитной хирургической системы для простатэктомии, одобренной FDA. Эта инновационная технологическая платформа использует магнитное втягивание для захвата и втягивания желчного пузыря во время лапароскопической операции.

Компания Vicarious Surgical разработала систему, которая обладает исключительным радиусом действия и способностью "повторять" все движения хирурга - и даже больше. Она создает один разрез всего 1,5 см в поперечнике, через который можно пропустить два роботизированных манипулятора и камеру.

3D-печать и симуляция в предоперационном планировании и обучении

Сложные и рискованные операции, длящиеся часами, требуют тщательного планирования. Существующие технологии, такие как 3D-печать или различные методы моделирования, очень помогают в реформировании медицинской практики и методов обучения, а также в моделировании и планировании сложных хирургических процедур.

Исследователи из Университета штата Пенсильвания недавно восстановили кожу и кости с помощью биопечати во время операции на модели крысы. Травмы лица и черепа особенно трудно устранить, так как там много слоев различных тканей. Во время этой операции специалисты напечатали как кость, так и мягкие ткани. При этом биопринтеру потребовалось менее 5 минут, чтобы напечатать слой кости и мягкой ткани.

Технология 3D-печати также начала закрепляться в медицинском образовании. Чтобы предоставить хирургам и студентам альтернативу живым людям, пара врачей из Медицинского центра Рочестерского университета в 2016 году разработала способ использования 3D-печати для создания искусственных органов. Они выглядели, ощущались и даже кровоточили как настоящие. С тех пор 3D-печать захватывает институты, поскольку она позволяет будущим врачам глубже понять анатомию и патологию, лучше разобраться в процедурах и повысить квалификацию и уверенность обучающихся.

Например, учебные модели Stratasys предлагают клинически значимое обучение на реалистичных анатомических моделях, созданных практически для любого клинического сценария; а компания Materialise предлагает курс "3D-печать в медицине" в качестве практического обучения для больниц, чтобы ознакомить персонал с технологией и ее возможностями в условиях больницы.

В марте 2016 года в Китае команда опытных врачей решила построить полноразмерную модель сердца маленького ребенка, родившегося с пороком сердца. Они заранее спланировали чрезвычайно сложную операцию на крошечном сердце и с успехом смогли завершить операцию.

Оперативная диагностика

Профессор Золтан Такатсоф Имперского колледжа Лондона разработал интеллектуальный хирургический нож iKnife. В его работе используется старая технология, когда электрический ток нагревает ткани, чтобы сделать надрезы с минимальной потерей крови. В iKnife встроенный масс-спектрометр анализирует испаряющийся дым, чтобы обнаружить химические вещества в биологическом образце. Это означает, что он может в режиме реального времени определить, является ли ткань злокачественной. Это позволяет удалять практически все раковые клетки.

Это устройство является частью сложной системы точной гистологической идентификации ткани, используемой при удалении опухоли в режиме реального времени на основе анализа паров, образующихся в процессе испарения ткани.

Результаты клинических исследований свидетельствуют о том, что система iKnife может применяться в широком диапазоне хирургического лечения рака при онкологических заболеваниях. Система iKnife дает результат почти мгновенно, позволяя хирургу проводить операции с очень высоким уровнем точности,

Хирургические сенсоры

Имплантируемые сенсоры начинают все чаще использоваться в операционных - для разметки поля операции, определения границ раковых тканей, а также для облегчения послеоперационного восстановления пациентов. Например, израильская компания Exero Medical разработала беспроводную систему раннего обнаружения протечки анастомоза* в стерильную брюшную полость после операции на желудочно-кишечном тракте.

После операции на желудочно-кишечном тракте вероятность возникновения анастомотической протечки составляет 6-10%. Такая утечка возникает в месте повторного соединения двух трактов кишечника после резекции, в ходе которой удаляется часть кишечника. Компания Exero Medical продемонстрировала, что ее "умный" сенсор для раннего обнаружения потенциально смертельно опасного для пациента побочного явления после операции обладает существенно лучшими характеристиками по сравнению с любым доступным решением.

Это имплантируемый биодеградируемый беспроводной сенсор, который предназначен для постоянного мониторинга зоны операции и оповещения врачей о потенциальных проблемах, что позволяет вмешаться на ранней стадии до того, как осложнения могут стать опасными для жизни. Через определенное время, когда необходимость в таком сенсоре исчезает, он постепенно растворяется в теле без каких-либо опасных последствий.

Искусственный интеллект постепенно меняет хирургическую практику благодаря достижениям в области визуализации, навигации и роботизированного вмешательства; от предоперационного планирования и интраоперационного руководства до интеграции в хирургических роботов.

Отметим, что роботы и другие продукты быстрого технологического развития не заменят людей - наоборот, те медицинские работники, которые используют новейшие технологические достижения, заменят тех, кто этого не делает. Они будут дополнять работу друг друга таким образом, о котором мы до сих пор и не мечтали.

* Протечка анастомоза - это разрыв линии шва в хирургическом анастомозе с последующая утечка люминального содержимого. Анастомоз - это соединение хирургическим или иным путём внутренних объемов полых органов, обеспечивающее между ними сообщение (например, участков кишечника, кровеносных или лимфатических сосудов).

По материалам The Medical Futurist, Israel21c, MPO Magazine, Mobile Health Times.