Роботы в хирургии

Успехи технологий компьютерной обработки гра­фической информации в реальном времени, совер­шенствование систем интраоперационного опреде­ления координат инструментов дали толчок к разра­ботке устройств, которые в массовом сознании яв­ляются персонажами фантастических книг и фильмов, — роботов. Под «роботом» понимается высокоточное электромеханическое устройство, управляемое либо компьютерной программой («ак­тивные роботы»), либо человеком — опосредованно через компьютер («пассивные роботы», «роботы- манипуляторы»).

Самая успешная разработка в этой области — си­стема AESOP (Automated Endocopic System for Optimum Positioning of the laparoscope — автомати­зированная эндоскопическая система оптимально­го позиционирования лапароскопа) фирмы-лидера в области создания медицинских робо­тов — Comuter Motion, Inc. Первая модель — AESOP 1000 была выпущена в 1994 г. и являлась первым в мире роботом, применяемым в операционной, вто­рая — AESOP 2000, ставшая первым в мире хирур­гическим роботом, управляемым голосом — в 1996 г., последняя на сегодняшний день модель AESOP 3000 поступила на рынок в январе 1998 г. и стала первым в мире хирургическим роботом, имеющим семь степеней свободы движения. Клиническая эф­фективность изделий фирмы Comuter Motion была подтверждена результатами более чем 70 тыс. хи­рургических процедур. Потребность в подобных из­делиях оценивается в 17 тыс. штук, на сегодняшний день она удовлетворена менее чем на одну треть.

Опыт зарубежных клиник свидетельствует, что ис­пользование роботов в хирургии экономически выгодно не только потому, что себестоимость операции при ис­пользовании роботов сокращается, но и потому, что время обучения управлению роботом меньше, чем время, необходимое для освоения управления эн­довидеокамерой вручную.

Hubens G et al. из Департамента хирургии Универ­ситетского госпиталя города Антверпен (Бельгия) использовали AESOP 2000 для контроля лапароско­па при проведении адреналэктомии. Авторы указы­вают, что обеспечиваемая этим устройством ста­бильность изображения позволяют хирургической бригаде полностью сосредоточиться на проводи­мой операции.

Применение роботов в хирургии, управляющих эндовидео­камерой, позволяет хирургу «в одиночку» (solo sur­gery) выполнять операции любой сложности. Так, например, в отделении урологии медицинской шко­лы университета Китасато (Япония) было выполне­но шесть адреналэктомий, во время которых эндо­видеокамера управлялась роботом AESOP. Авторы отмечают, что число технических перерывов, вы­званных необходимостью очистки линз лапароско­па, снизилось на одну четверть, по сравнению с операциями, в ходе которых эндовидеокамерой уп­равляет человек.

Неправильный выбор человеко-машинного ин­терфейса, т.е. способа передачи команд человека роботу, способен перечеркнуть любые преимущест­ва от использования роботов. Allaf ME et al. в 1998 г. в журнале Surgical Endoscopy опубликовали резуль­таты сравнения разных моделей роботов AESOP, уп­равляемые голосом и посредством педалей. Авто­ры пришли к выводу, что хотя использование педа­лей и обеспечивает более быстрое перемещение лапароскопа, однако управление голосом гаранти­рует более точное его позиционирование, кроме то­го, применение голосового управления позволяет хирургу не отвлекаться от изображения на монито­ре. Совершенствование компьютерных систем рас­познавания речи, безусловно, повысит привлека­тельность и улучшит потребительские качества ро­ботов с голосовым управлением.

Расширение спектра операций, выполняемых из лапароскопического доступа, и как следствие повы­шение требований к точности хирургических мани­пуляций подтолкнули ряд исследовательских групп и компаний по производству медицинской техники к разработке систем, призванных, с одной стороны, «отсеивать» непроизвольные движения рук хирурга, например тремор, а с другой — передавать его це­ленаправленные движения без искажений. Это — еще одна задача, с которой роботы в хирургии могут справляться более успешно, чем люди. Только ро­боты могут производить движения практически с любой заданной точностью, продолжительность операции и освещенность операционного поля на точности их движений не сказываются.

В результате были созданы системы, не только решающие обозначенные выше задачи, но и позво­ляющие осуществлять хирургические манипуляции дистанционно. Кроме того, возможности роботов по се­лективной передаче движений рук хирурга могут ис­пользоваться при выполнении микрохирургических манипуляций. При этом производится «масштаби­рование» объема движений хирурга в соответствии с выполняемой в данный момент задачей. Хирург контролирует движения удаленных манипуляторов на мониторе.

Первые роботы в хирургии, способные выполнять высоко­точные манипуляции под непосредственным управ­лением человека или по заранее заданной програм­ме впервые были использованы в нейрохирургии и оториноларингологии. Уже в конце 1980-х гг. появи­лись публикации, описывающие преимущества применения подобных роботов при выполнении би­опсии опухолевых поражений головного мозга. Предоперационная навигация и контроль за выпол­нением манипуляции осуществлялся при помощи компьютерного томографа.

Das Н. из Калифорнийского Технологического Института исследовали результаты использования микрохирургической телеманипуляционной систе­мы позиционирования инструментов. Авторы ука­зывают, что, несмотря на то, что применение подобных систем удлиняет время проведения манипуля­ций, их точность при этом значительно возрастает. Кроме того, такие системы позволяют выполнять сложные хирургические манипуляции хирургам, имеющим небольшой опыт, а также проводить но­вые хирургические процедуры, ранее недоступные даже высококвалифицированным хирургам.

Одной из самых удачных на сегодняшний день роботизированных систем, обеспечивающих повто­рение действий хирурга на расстоянии, является da Vinci™ Surgical System. Находясь в нескольких мет­рах от операционного стола, врач управляет миниа­тюрными хирургическими инструментами. Кон­троль за выполняемыми действиями производится при помощи эндовидеовидеокамеры.

Первоначально система da Vinci™ создавалась для целей кардиохирургии и в дальнейшем стала с успехом применяться в ортопетидеческой, гинеко­логической практике, а также в хирургии пищевари­тельного тракта.

Сегодня можно говорить и о существовании про­тотипов роботов, самостоятельно выполняющих манипуляции. Так, в 1998 г. итальянскими учеными Dario et al. была создана и протестирована in vitro роботизированная системы для проведения колоноскопии. Передвигаясь подобно паразиту по ки­шечнику, робот перемещает за собой миниатюрную камеру, давая возможность полноценного изучения состояния кишечной стенки. Более того, в системе предусмотрено наличие инструментального канала для взятия образцов тканей. Авторы указывают, что изменение принципа продвижения колоноскопа с «толкай» на «тяни» позволит существенно снизить ощущения дискомфорта, которые сопровождают традиционную колоноскопию, а также уменьшит травматичность данного метода исследования.

Разработка роботов для эндохирургии находится в состоянии «накопления первоначального капита­ла», который составляют технологии. Но имеющие­ся на сегодняшний день образцы и технологические решения позволяют предположить, что в будущем, когда потребность в таких роботах неминуемо воз­растет, можно ожидать существенное ускорение темпов развития хирургической робототехники.