В высокотехнологичной лаборатории в кампусе Университета Джонса Хопкинса в Хоумвуде в Балтиморе инженеры создают робота, который сможет сшить вместе сломанные сосуды в вашем животе, а в какой-то момент, возможно, и в вашем мозгу, без помощи врача.
У робота есть высокотехнологичная камера на одной руке и высокотехнологичная швейная машина на второй руке. Это уже пришитые половинки свиных кишок.
«Это похоже на систему помощи при парковке в автомобиле», — сказал Аксель Кригер, доцент кафедры машиностроения в Инженерной школе Уайтинга Хопкинса. «Выполняет процедуру автономно».
Этот вид швов выполняется более миллиона раз в год в хирургических отделениях по всей стране, сказал Кригер, член команды, разрабатывающей робота, и старший автор недавней статьи, описывающей технологию в Science Robotics.
Цель состоит в том, чтобы в ближайшие несколько лет разработать робота, который сделает сложную и тонкую работу по наложению швов более последовательной. Отсутствие стежка или его неловкое выполнение может привести к катастрофическим осложнениям для пациента. Роботизированная процедура также менее инвазивна, так как выполняется лапароскопически через небольшие отверстия в коже, а не через большие отверстия.
Инженеры Хопкинса ожидают, что робот будет дешевле существующих роботов и более портативным. Они хотят разработать мобильную версию, которую в конечном итоге можно будет использовать в машине скорой помощи или в полевых условиях в экстренных случаях, например, при наложении швов на крупную артерию для остановки кровотечения.
Робот будет способствовать развитию технологий, которые в настоящее время широко используются в операционных. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США называет их роботизированными хирургическими устройствами.
Самым известным из них является робот да Винчи, одобренный на федеральном уровне для общего лапароскопического хирургического использования в 2000 году. Устройство имеет консоль, где хирург может видеть трехмерное изображение и двигать несколькими руками с хирургическими инструментами, по сути, становясь продолжением врача.
«Устройство на самом деле не робот, потому что оно не может проводить операции без прямого контроля со стороны человека», — говорится в заявлении FDA.
По данным FDA, робот да Винчи в настоящее время широко используется при удалении желчного пузыря, гистерэктомии и удалении простаты, потому что он лучше всего справляется со «сложными задачами в ограниченном пространстве».
Другие роботизированные машины помогали в хирургии до того, как был разработан да Винчи, но требовали гораздо больших разрезов.
Новый робот, разрабатываемый инженерами Хопкинса вместе с сотрудниками Детской национальной больницы в Вашингтоне, округ Колумбия, известный как Smart Tissue Autonomous Robot, или STAR, отличается. У него есть компьютерные мониторы с трехмерным изображением, но нет джойстика или других элементов управления.
STAR управляется высокотехнологичной и адаптируемой на лету компьютерной программой. Алгоритм «видит» и «чувствует» через камеры, которые создают 3D-изображения с помощью лазеров и датчиков, определяющих давление от дыхания, кровотечения и мягких тканей.
Робот выполняет примерно один стежок в минуту, что по скромным меркам немного медленнее, чем у хирурга-человека. Тесты до сих пор показали большую согласованность, чем люди.
Это была проблема с роботизированными технологиями в операционных. Современные роботизированные технологии лучше справляются с некоторыми хирургическими задачами, чем с другими. И результаты не всегда улучшаются, даже если кажется, что все идет гладко.
Такие машины также значительно увеличивают стоимость операции, потому что стоимость оборудования достигает миллионов, хотя часть этой суммы можно компенсировать за счет более короткого пребывания в больнице и меньшего количества осложнений. Но многие небольшие больницы и больницы в менее богатых регионах или других странах не могут позволить себе авансовые платежи.
Джин Канг, еще один разработчик STAR и профессор факультета электротехники и вычислительной техники Хопкинса, сказал, что STAR требует меньше оборудования и будет дешевле, хотя окончательная стоимость не определена.
Он был разработан при участии хирургов, которые часто предпочитают использовать технологии, потому что они могут помочь им выдержать суровые условия их работы. Долгие часы традиционной хирургии могут вызвать подергивание и усталость рук человека.
Он сказал, что хирурги и другой хирургический персонал по-прежнему будут выполнять процедуры, такие как удаление пораженной ткани, перед передачей STAR, и будут оставаться в комнате в случае чрезвычайной ситуации, когда робот снова соединит кишечник или другие сосуды.
«Врачи не заменяются», — сказал Кан.
Доктор Майкл Авад, директор Комплексной программы робототехники Барнс-Еврейской больницы в Сент-Луисе, не участвовал в разработке STAR, но следил за работой в Хопкинсе. Он проходил ординатуру по хирургии в больнице Джона Хопкинса и обучался там работе с роботом да Винчи первого поколения.
Авад сказал, что это еще рано, но он считает, что автономные роботы неизбежны в операционной, и работа исследователей из Хопкинса может стать большим шагом вперед.
По его словам, сколько времени понадобится общественности и хирургам, чтобы принять такую технологию, еще неизвестно.
Он смотрит на это как на автономные автомобили. Люди готовы принять технологию помощи при парковке, на которую ссылается Кригер, и другие технологии, чтобы люди не смещались в другие полосы. Полностью беспилотные автомобили в конечном итоге также окажутся заслуживающими доверия.
«В то время как вождение — это высокие ставки, которые могут привести к травмам или смерти, я думаю, что люди еще более смущены, когда речь идет об операции на человеческом теле», — сказал он. «Есть гораздо больше переменных, которые делают задачу более сложной самой по себе. Есть более высокая планка, чтобы прыгнуть».
Авад, который также является директором Института хирургического образования Вашингтонского университета, сказал, что существует много курсов обучения, связанных с использованием существующего роботизированного оборудования. Врачи должны научиться использовать другие чувства, такие как глаза на экранах компьютеров, а не прикосновение к человеческим тканям, когда они используют технологии.
Он сказал, что машины особенно полезны для доступа к узким и чувствительным местам в теле, таким как пищевод, за грудной клеткой и рядом с сердцем. Автономный робот может улучшить то, что врачи могут сделать для пациентов.
Также может потребоваться меньше обучения для автономных роботов в операционной. Но это не означает, что хирургам не нужно знать, как выполнять те же процедуры, сказал Авад.
«Если человеку нужно вмешаться, он должен знать, как это сделать», — сказал он. «Но все, что может уменьшить кривую обучения, приветствуется».
В документе с изложением позиции Американского колледжа хирургов говорится, что хирурги должны получить «надлежащее образование и оценить свои навыки», прежде чем использовать какую-либо новую технологию. Группа также призывает провести оценку, чтобы установить ценность и безопасность технологии перед ее широким внедрением.
Команда Хопкинса планирует продолжать совершенствовать робота и оценивать его возможности помимо соединения двух концов кровеносного сосуда, кишечника или других каналов, называемых анастомозами.
Работа над роботом была поддержана Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии. Следующим шагом является поиск коммерческого партнера, который проведет технологию через процесс разработки и одобрения федеральных регулирующих органов для начала испытаний робота на людях.
«Мы действительно хотим раздвинуть границы», — сказал Кригер.
