Top 13 инноваций в сфере медицинской робототехники

Отрасль здравоохранения находится на переломном этапе в области медицинской робототехники. Ежедневно внедряются инновации, которые неизбежно толкают нас в будущее, где большая часть работы будет автоматизирована или выполняться роботами.

Сегодня роботы, управляемые врачом, уже имеют огромное присутствие в медицинской сфере. Спрос на менее инвазивные и более адаптированные к потребностям пациентов процедуры увеличивается с нарастающей скоростью. Медицинская сфера находится на грани радикальных изменений, которые могут означать улучшение диагностики, сокращение времени ожидания, более безопасную и менее инвазивную операцию, повышение долгосрочной выживаемости для всех, и снижение уровня инфицирования и многое другое.

Ниже мы кратко представляем вам 13 лучших достижений в сфере медицинских роботов, которые уже изменяют нашу жизнь:

1. Хирургический робот daVinci 

Это самый распространенный из медицинских роботов, и сегодня он является стандартом для хирургии с помощью роботов. Это машина, которая стирает грань между "медицинским инструментом" и "роботом", так как прибор находится под полным контролем хирурга. Однако успехи, которых эта система добилась, просто поражают. С помощью роботизированной системы daVinci операции могут выполняться с минимальными разрезами и абсолютной точностью, что означает уменьшение кровотечения, снижение риска инфицирования и ускорение заживления. Хотя робот-манипулятор да Винчи существует уже некоторое время, он продолжает совершенствоваться. При этом несколько крупных технологических фирм также разрабатывают аналогичные daVinci системы с более автономными характеристиками и широким спектром возможностей.

2. Эндоскопический бот

Эндоскопия - это процедура, при которой маленькая камера вставляется в тело через "естественное отверстие" для поиска опухолей, повреждений или следов заболевания. Это очень неудобная и чрезвычайно неприятная процедура, которая может уже скоро остаться в прошлом. В разработках таких компаний, как Medineering, используются гибкие, тонкие роботы, которые могут управляться, как радиоуправляемые модели автомобиля, в точном соответствии с потребностями врача. Они могут стабильно удерживаться в организме человека без дрожания, связанного с усталостью мышц человека, и использовать весь спектр инструментов, начиная с биопсии и заканчивая прижиганием ран. Более впечатляющие роботы называются "капсульными эндоскопами", в которых процедура сводится к простому проглатыванию робота размером с пилюлю, который проходит по пищеварительному тракту и помогает делать фотографии и собирать данные, которые можно отправить непосредственно на процессор для диагностики.

3. Роботизированная биопсия

Эта недавно разработанная роботизированная система, создаваемая проектной группой под названием "MURAB" (MRI and Ultrasound Robotic Assisted Biopsy). Это решение обеспечивает возможность проведения диагностики рака груди на ранней стадии минимально инвазивным методом. Оно повышает точность биопсии при диагностике и позволяет сократить использование дорогой магнитно-резонансной томографии (МРТ) до минимума в этом рабочем процессе и в то же время обеспечить одинаковую точность при нацеливании иглы при биопсии.

Система объединяет в себе преимущества МРТ и УЗИ. МРТ — это очень точная процедура, позволяющая врачу при биопсии найти и проколоть именно ту ткань, которая ему необходима. Но МРТ не дает изображения в реальном времени и врачу сегодня для проведения процедуры биопсии нужно делать несколько снимков. В свою очередь ультразвук обеспечивает изображение в режиме реального времени, так что радиолог может точно видеть, что происходит при проведении биопсии, однако само по себе это исследование менее точное. А вот объединение двух технологий радикально меняет картину.

Роботизированная система сканирует грудь с помощью стандартного УЗИ-датчика, закрепленного на манипуляторе, и объединяет ее с ранее сделанными изображениями МРТ в одну 3D-модель на мониторе. Одновременно происходит сбор объемных и эластографических данных. Затем система определяет место укола и направление движения иглы для биопсии.

4. Автоматизированные сенсорные протезы

За последние несколько лет в области протезирования был достигнут невероятный прогресс, причем разработчики пытаются не только сделать подходящую замену конечности, но и расширить ее возможности там, где это не сделала природа. В лаборатории MIT Biomechatronics Lab исследователи создали управляемые с помощью гироскопов роботизированные конечности, которые способны отслеживать свое положение в пространстве, регулируя свои суставы примерно 750 раз в секунду. Кроме того, они разработали бионическую кожу и нейронную имплантационную систему, которая взаимодействует с нервной системой человека, позволяя пациенту получать тактильную обратную связь от протезной системы и контролировать ее, как будто это настоящая рука. Это значительный скачок в протезировании, а также большая надежда для миллионов людей с ампутированными конечностями. Надежда на будущее, поскольку пока такие протезные системы слишком дороги для обычного человека, тем более инвалида.

5. Экзоскелет

Роботизированные экзоскелеты сегодня могут использоваться во многих медицинских областях. Для начала они уже используются, чтобы помочь людям с параличом снова ходить, что является значительным прорывом в медицине. Они также могут быть использованы для реабилитации после травмы спинного мозга или черепно-мозговой травмы, обеспечивая слабые мышцы дополнительной поддержкой, необходимой для выполнения движений и заживления повреждений. Экзоскелеты работают за счет использования комбинации предустановленных движений, однако, сейчас уже ведутся новые разработки с развитием нейронных интерфейсов. Это вопрос времени, когда экзоскелет, управляемый непосредственно командами мозга, станет доступен большому количеству больных и здоровых людей.

6. Дезинфицирующий робот

Больничные инфекции - это проблема, которую наша система здравоохранения безуспешно пытается решить уже долгое время. При этом больницы применяют большое количество антибиотиков, которые могут стать питательной средой для развития некоторых из худших устойчивых к антибиотикам бактерий. Поэтому крайне важно, чтобы в больничных палатах всегда поддерживалась чистота. Однако этого никогда не произойдет, поскольку ленивые и склонные к ошибкам люди неизбежно совершают ошибки, которых роботы не допустят. Новые дезинфицирующие роботы автоматически перемещаются в пустую палату пациента и бомбардируют ее мощными ультрафиолетовыми лучами, запрограммированными работать до тех пор, пока микроорганизмы не будут уничтожены.

7. Микро-робот для целевой терапии

Это весьма перспективные, хотя и относительно новые типы медицинских роботов. Основой их работы является использование механических частиц, близких к микроскопическим, для локализации препарата или определенной терапии в конкретном целевом участке тела. Такая технология может быть использована для узконаправленного целевого облучения опухоли или просто для уменьшения побочных эффектов препарата, ограничивая его органом, в котором он может понадобиться.

Существует несколько возможных методов для доставки таких микрочастиц в цель, но в результате новых исследований появились микро-роботы с крошечными спиральными хвостами, которые могут быть направлены магнитным полем для вращения через кровеносные сосуды в определенное место в организме.

8. Антибактериальные нанороботы

Антибактериальные боты изготовлены из крошечных золотых нанопроволок и покрыты красными кровяными тельцами, которые могут удалять бактериальные инфекции непосредственно из крови пациента. Они могут сделать это, имитируя бактерию и ее токсины, а затем привлекая и захватывая их в нано-сетку, когда бактерии подойдут ближе. Роботы также могут быть направлены через тело пациента с помощью специального ультразвука в определенное место для ускорения процесса очистки и лечения локализованных инфекций. Поскольку они используют естественную реакцию бактерий, нанороботы потенциально могут быть использованы вместо антибиотиков широкого спектра действия и могут оказать огромное влияние в нашей борьбе с ростом заболеваний, с которыми не могут справиться антибиотики.

9. Робот-компаньон

Роботы используются не только там, где необходимо решать проблемы, опасные для жизни. Дело в том, что миллионы пожилых, умственно отсталых или больных людей страдают от хронического одиночества и нуждаются в стимулах для жизни. Такими пациентами, как правило, также являются люди, нуждающиеся в периодических осмотрах со стороны опекунов или родственников, что может отнимать много времени. Роботы-компаньоны решают многие из таких проблем и оказывают на пациентов меняющее их жизнь воздействие. Такое устройство представляет собой нечто вроде симбиоза тамагочи (виртуальный домашний питомец) и виртуального домашнего помощника на базе технологии Alexa, которое может вызвать скорую, если кто-нибудь упадет или ответить на вопросы, касающиеся здоровья.

Недавно разработанный робот Buddy - как раз такое устройство, которое, в первую очередь, предназначено для помощи одиноким старикам и больным людям. Этот небольшой и забавно смотрящийся робот даже взаимодействует со своими владельцами на постоянно меняющемся эмоциональном уровне и помогает им скрасить их одиночество. В прошлом году компания-разработчик этого устройства получила награду "Лучшие инновации 2018 года" за свои достижения.

10. Роботы для обучения врачей

В медицинском училище студенты могут проходить обучение не на мертвых телах, как это было принято в таких заведениях в течение многих лет, а с использованием специализированных обучающих роботов, причем с вполне реалистичными "кровавыми" процедурами. Хотя, возможно, это не будет звучать захватывающе, но все же это, вероятно, лучше, чем обучение только на трупах, либо уже в работе на вполне реальных пациентах. Использование при обучении роботов существенно облегчает получение медицинских навыков, хотя бы за счет возможности многократного повторения определенных процедур и действий, а также значительно снижает расходы на такое обучение.

Именно поэтому эти устройства, которые кажутся скорее забавными, чем серьезными роботизированными системами, становятся настолько важными в этой сфере.

11. Роботизированная медсестра

Медсестры - это основная и неотъемлемая часть коллектива, на которой держится жизнь любого медицинского "мира". Однако они также перегружены работой и всегда работают в сжатые сроки. Здесь на помощь приходят роботы-медсестры. Роботы-медсестры - это системы, которые могут измерять жизненные показатели, заполнять цифровые документы и контролировать состояние пациента. Некоторые из этих роботов-медсестер сконцентрированы на выполнении рутинных задач, от которых так устают медсестры, как, например, перемещение каталок и тележек из комнаты в комнату и даже забор крови.

12. Робот для телеприсутствия

Такое устройство выглядят как планшет на небольшой самодвижущейся тележке. Такие системы могут играть жизненно важную роль в сфере медицины как способ привлечь лучших диагностических экспертов и ведущих врачей в удаленные районы, где ощущается острая нехватка квалифицированных врачебных кадров. Врачи, к примеру, из Москвы теперь могут общаться с местными врачами и пациентами в небольших поселениях Сибири или Дальнего Востока, делясь в режиме реального времени своими советами и знаниями по диагностике за небольшую плату, избавляя пациента от сложностей и серьезных затрат, связанных с поездкой в столицу, чтобы получить помощь от врача лично. Однако, как бы глупо это ни казалось сегодня, вполне возможно, что уже скоро медицинский осмотр можно будет проводить с помощью планшета и цифровых устройств с дистанционным управлением, а не с помощью врача-терапевта. По крайней мере, в развитых странах, к которым мы пока себя отнести не можем.

13. Робот-фармацевт

Такое устройство больше похоже на торговый автомат, который предназначен для продажи лекарственных препаратов и медицинских принадлежностей. Робот, который уже существует в природе, позволяет физически заменить действующего фармацевта в аптечном пункте. Подобная аптека уже работает и вполне безупречно в Калифорнийском университете (США) последние пять лет, и в этом году было получено разрешение на его использование в больницах.

Роботы также начали использоваться в производственных процессах фармацевтических компаний, заменяя людей во многих операциях, требующих монотонных и не повторяющихся действий.

По материалам Block Delta и Interesting Engineering