Робототехника в хирургии
17.02.2003, 09:12
Проведение хирургических операций с помощью роботов уже не является сюжетом из
научно-фантастического произведения. Использование их в клинике стало не просто
возможным, но и весьма перспективным. Хотя у большинства людей "робот"
ассоциируется с именем Айзека Азимова, первым этот термин ввел чешский писатель
Карел Чапек для обозначения механизма, обладающего так называемыми
антропоморфными свойствами.
На производстве и в научных исследованиях применяются промышленные роботы -
программно-управляемые автоматические манипуляторы, выполняющие рабочие операции
со сложными пространственными перемещениями. Доктор Davies в своей работе,
посвященной достижениям робототехники, дал следующее определение
для робота, используемого в хирургических целях: "… управляемая система,
наделенная чувствительностью и запрограммированная для выполнения движений и
манипулирования инструментами при проведении хирургических операций". Следует
подчеркнуть, что задачей робота является не замещение хирурга, а расширение
спектра его возможностей.
Роботов, используемых в хирургии, можно разделить на пассивных, полуактивных и
активных.Пассивный робот предназначен, как правило, для удержания инструмента в
определенном положении, что облегчает выполнение и увеличивает точность
какого-либо этапа оперативного вмешательства. Изменять положение инструментов
система может только с помощью хирурга. Примером может служить использование
робота для удержания иглы при проведении биопсии в нейрохирургии.
Полуактивный робот выполняет ряд запрограммированных манипуляций, в определенной
последовательности осуществляя движения в различных направлениях и плоскостях.
Такой робот используется, например, для протезирования коленного сустава.
Активный робот оснащен манипуляторами, подобными рукам хирурга, и фактически сам
приводит в движение инструменты. В настоящее время такими системами дистанционно
управляет хирург, а механические руки робота воспроизводят движения его кистей и
пальцев, увеличивая точность, уменьшая усталость и устраняя тремор. Активные
системы используются для трансуретральной простатэктомии, эндоскопической
телероботохирургии.
История
Первый хирургический робот Unimate Puma 560 был создан в конце 1980-х и
использовался в нейрохирургии для удерживания инструментов при проведении
стереотаксической биопсии.
В 1986 году Калифорнийский университет в Дэвисе и исследовательский центр Томаса
Дж. Уотсона корпорации IBM начали совместную работу по созданию робота-хирурга.
В 1992 году компания Integrated Surgical Systems на основе результатов этих
исследований создала систему помощника хирурга, которая так и называлась -
Robodoc Surgical Assistant System. Способности Robodoc в то время были
скромными: он умел всего лишь шлифовать костные поверхности для лучшего контакта
с имплантатом.
В те же девяностые годы в Имперском Колледже в Лондоне был создан робот для
трансуретральной резекции гиперплазированной предстательной железы - Probot,
допущенный к клиническим испытаниям в 1996 году. Система Probot, оснащенная
ультразвуковым щупом, позволяла создать трехмерную модель простаты, быстро
определить участок патологически измененной железы и произвести его резекцию.
В 1994 году компания Computer Motion изготовила первого робота-хирурга,
получившего сертификат US FDA - Automated Endoscopic System for Optimal
Positioning (AESOP). Это была механическая рука, наделенная семью степенями
свободы движений и предназначенная для автоматического изменения положения
эндоскопа. Двумя годами позже AESOP "приобрел" слух и смог выполнять голосовые
команды хирурга. А в 1998 году появился его "дальний родственник" - активный
робот ZEUS, предназначенный для дистанционной эндоскопической хирургии.
Параллельно с ZEUS создавалась другая аналогичная система, получившая название
DA VINCI. В начале 90-х известная корпорация SRI International стала одним из
нескольких акцепторов гранта, выставленного на конкурс правительственным
агентством DARPA, на разработку методов телехирургии. Был создан прототип
робота-хирурга, вдохновивший Фредерика Молла в 1995 году учредить компанию
Intuitive Surgical. Здесь идеи, заложенные SRI, эволюционировали и воплотились в
то, что сегодня известно как DA VINCI.
В принципе, системы DA VINCI и ZEUS имеют много общего: это активные роботы,
управляемые дистанционно со специальной рабочей станции. Эти системы позволяют
оператору находиться на значительном расстоянии от больного, управляя тремя
"руками" робота (две для удержания инструментов и осуществления манипуляций, а
третья для продвижения эндоскопической камеры). Современная компьютерная и
видеотехника создает перед глазами хирурга высококачественное изображение
операционного поля.
Первоначально подобная технология разрабатывалась для применения в военных
условиях, при повышенной радиации или даже в космосе, позволяя
квалифицированному медперсоналу находиться вне опасности. Однако роботы
"прижились" в ведущих современных клиниках, и в настоящее время в мире уже
выполнены тысячи операций с использованием DA VINCI и ZEUS. Именно между этими
системами сегодня развернулась основная конкурентная борьба.
Достаточно большой опыт применения роботов накоплен в области протезирования
тазобедренного и коленного суставов. Системы ROBODOC и ACROBOT, например, уже
имеют достаточную известность и позволяют эффективно планировать оперативное
вмешательство, тщательно подготавливать кость для установки протеза в
оптимальной позиции, сокращая этим время операции и уменьшая ее травматичность.
Сегодняшний день
Роботохирургия продолжает стремительно развиваться. Стала реальностью так
называемая трансконтинентальная телероботохирургия. В 2001 году хирурги успешно
удалили желчный пузырь с помощью дистанционно управляемого робота ZEUS,
установленного в одном из госпиталей Франции, находясь от пациентки на
расстоянии 7000 км в Нью-Йорке. Современные средства связи обеспечили передачу
сигналов в обоих направлениях (от видеокамеры лапараскопа к хирургу и обратно -
от станции управления к роботу) по трансатлантическому волоконно-оптическому
кабелю.
Задержка сигнала составляла менее 200 мсек (безопасно допустимое отставание
сигнала составляет около 300 мсек). Пока непосредственно возле больного должен
находиться квалифицированный ассистент хирурга, который обеспечивает доступ
робота в зону оперативного вмешательства. Интересно, что для безопасности
пациента в случае сбоя связи или прекращения визуального контроля хирурга
(достаточно отвести голову от консоли наблюдения) система входит в резервный
режим ожидания, прекращая манипуляции.
В феврале 2002 года кардиохирурги из Columbia Presbyterian Medical Center (США)
сообщили об успешном проведении аортокоронарного шунтирования с использованием
системы DA VINCI. Сложная, но малоинвазивная операция была проведена через три
небольших разреза (8-15 мм) в области грудной клетки для введения двух
манипуляторов и эндоскопа. В ноябре 2002 года на сессии American Heart
Association были представлены результаты 15 операций по устранению врожденного
дефекта межпредсердной перегородки, проведенных в той же клинике, что положило
начало открытой роботохирургии сердца без "вскрытия" грудной клетки.
В августе 2002 года в Virginia Urology Center выполнена первая успешная
роботомикрохирургическая урологическая операция. С использованием все того же DA
VINCI была прозведена так называемая Vasectomy Reversal - микрохирургическая
операция по восстановлению целостности семявыносящих протоков.
Перспективы
Чего же можно ожидать от роботохирургии в будущем? Новые возможности
манипуляторов и визуального контроля позволят довести до совершенства
оперативные вмешательства на бьющемся сердце. "Руки" робота смогут двигаться в
такт сокращениям, постоянно оставаясь на одинаковом расстоянии от зоны
оперативного вмешательства и как бы нивелируя колебания стенки сердца. При этом
операционное поле, которое хирург видит на экране, будет оставаться неподвижным.
Продолжаются работы по созданию новых роботов. В январе 2003 года ученые из
Nanyang Technological University совместно с хирургами из National Neuroscience
Institute (Сингапур) сообщили о создании роботосистемы, предназначенной для
обеспечения хирургического доступа к глубоко расположенным опухолям головного
мозга (в области основания черепа). Робот, получивший название HEXAPOD, успешно
прошел испытания в экспериментах и в настоящее время готовится к внедрению в
клинику.
По материалам
www.studentbmj.com;
www.menzelphoto.com
www.physikinstrumente.de;
www.smh.com.au
www.robodoc.com;
health.discovery.com
www.computermotion.com;
www.hospitalmanagement.net
www.medinews.com;
www.americanheart.org
www.me.ic.ac.uk/case/mim/projects/acrobot/
www.computerra.ru
www.intuitivesurgical.com
www.uphs.upenn.edu;
www.physikinstrumente.de
www.me.ic.ac.uk/case/mim/projects/acrobot/
Источник: Medicus Amicus 2003, #2
|
Ключевые слова: лего робот робототехника робот Манипуляторы роботов Робототехника в хирургии
|
Обратная связь
Реклама на сайте
НАЗАД