Рукой стать: робота-хирурга научили передавать ощущения
Российские разработчики оснастили систему управления роботом-хирургом технологией передачи тактильных ощущений. Благодаря ей врач сможет чувствовать сопротивление и вибрации, которые испытывает инструмент во время контакта с тканями больного. Изобретение создано специально для роботизированной телемедицинской системы «Левша», предназначенной для проведения удаленных операций на мозге и сердце. По словам медиков, во время работы в операционной тактильность не менее важна, чем зрение, поэтому внедрение технологии повысит точность и качество хирургических вмешательств.
Телеприкосновение
Специалисты компании «Нейроспутник» впервые в России разработали систему копирования движений для управления роботом-хирургом с тактильной обратной связью. Благодаря ей врач, дистанционно проводящий операцию с помощью телемедицинского оборудования, получит возможность ощущать сопротивление и вибрации, которые возникают во время контакта катетера с тканью пациента, то есть медик будет чувствовать то же самое, как если бы он держал инструмент в собственной руке. Уровень сопротивления измеряется с помощью датчиков, установленных на конце оперирующего устройства. Затем он воспроизводится на манипуляторах, которыми управляет врач. Разработка ведется для экосистемы «Левша» — комплекса устройств и программного обеспечения для обучения и оперирования на сосудах мозга и сердца.
— «Левша» точно имитирует тактильную обратную связь, чтобы обеспечить кинестетическое ощущение, когда в сосуде головного мозга возникает механическое сопротивление или катетер упирается в стенку. Более того, хирург получает информацию о силе и направлении механического сопротивления визуально — в виде диодной шкалы и на экране в виде дополненной реальности, — сказала генеральный директор «Нейроспутника», доцент кафедры инженерной кибернетики НИТУ МИСИС Александра Бернадотт.
Экосистема «Левша»
Система предназначена для проведения удаленных эндоваскулярных операций в нейрохирургии, когда доступ к органам осуществляется не через трепанацию, а через маленький прокол в области паха. В него вводят микрокатетер, который перемещается внутри сосуда, далее в мозг или сердце и устраняет проблему. Благодаря этому удается свести к минимуму травматичность хирургического вмешательства и, как следствие, снизить длительность реабилитации.
При использовании телехирургии во время операции врач дистанционно, находясь в отдельном помещении, с помощью специальных контроллеров приводит устройство в движение. Оперирующий блок копирует движения хирурга: оцифрованный сигнал с его рук преобразуется в команды, направляющие катетер и другие инструменты. Следить за их положением помогают рентгеновское оборудование и оптические датчики. Модуль визуализации показывает изображение сосудов головного мозга пациента в режиме онлайн, помогая хирургу контролировать ход операции, рассказали создатели технологии.
— Наше устройство разрабатывается с активным использованием искусственного интеллекта до и вовремя операции, моделирует сосуды пациента в 3D-формате, корректирует дрожь пальцев, выявляет критические ситуации. Большинство роботизированных устройств не использует изоморфную тактильную обратную связь и не адаптирует устройство для удобства хирургов. Поэтому разрабатываемая нами система уникальна, более удобна для медиков и безопасна для пациентов, — подчеркнула Александра Бернадотт.
В перспективе для ускорения восприятия информации устройством в критических ситуациях разработчики планируют оснастить робота системой управления с помощью мысленных команд. Благодаря ей он сможет в 300 раз быстрее реагировать на приказы медика, чем при управлении через контроллеры.
По словам создателей, внедрение «Левши» в медицинскую практику даст медикам множество преимуществ. Во-первых, врач сможет проводить операцию из любой точки мира. Во-вторых, так как ему не нужно находиться в операционной, он сможет избежать негативного воздействия рентгеновских лучей. В-третьих, система позволяет проводить 3D-реконструкцию сосудов головного мозга с особенностями конкретного пациента, что дает возможность заранее продумать тактику хирургического вмешательства с учетом индивидуальных факторов больного. Кроме того, систему можно использовать как тренажер для обучения и совершенствования навыков хирурга. Разработчики активно использовали возможности ИИ, который может помогать врачу во время операции, что снижает вероятность осложнений.
Ощущение в реальности
— Во время операции тактильная чувствительность — ключевой момент. Она принципиально важна, иначе врач может что-то повредить. Конечно, нужно иметь и пространственную картинку, но без ощущений оперировать невозможно. Это нужно для любого инструмента, в том числе и для катетера, так как порвать сосуд ничего не стоит, — сказал заведующий кафедрой информатики и телемедицины Медицинского института РУДН Валерий Столяр.
По его мнению, технология обратной связи очень нужна для таких устройств, как «Левша», но, насколько грамотно она сделана для нейрохирургов, в данном случае без опыта ее использования сказать сложно.
Тактильная обратная связь при управлении роботом-хирургом будет очень полезна для медика, потому что она позволит увеличить точность манипуляций, считает директор НИИ нейронаук СамГМУ Александр Захаров.
— В кожных покровах рук, особенно на ладонях, находится очень большое количество рецепторов. И плотность их расположения — ключевой момент, поэтому руками врач может делать очень точные вещи. По одному только визуальному контакту, когда медик не ощущает, с тканями какой плотности он взаимодействует, ему достаточно сложно сориентироваться, так как видео не передает тех физических характеристик, которыми обладает ткань. Тактильные ощущения — хорошее подспорье для того, чтобы повысить качество оперативного вмешательства и избежать возможных рисков, — пояснил Александр Захаров.
По словам специалиста, технология также позволит расширить функционал медицинских роботов. Сейчас они не могут взаимодействовать с предметами различной жесткости, так как у них нет датчиков, которые фиксируют силу сжатия. Невозможно, например, взять какой-то хрупкий предмет. А если будут устройства, которые заместят сенсорный компонент, это даст новые возможности.
Однако основная перспектива изобретения в том, что его можно внедрить в бионические протезы для людей с ампутацией верхних или нижних конечностей, чтобы дать пациенту чувствовать контакт с предметом. Это улучшит его адаптацию к своему дефекту, добавил медик.
