 |
© Кадр из видео
Fagogenis et al. / Science Robotics
|
Специалисты из США, Франции и Тайваня разработали роботизированный катетер, который может самостоятельно пробраться к своей цели внутри организма и выполнить хирургическую операцию в живом сердце. Управляют катетером алгоритмы машинного обучения, имитирующие способность раков и насекомых ориентироваться в пространстве.
Один из трендов современных медицинских технологий — неинвазивная или малоинвазивная хирургия, то есть с минимумом разрезов. Чем меньше у пациента после операции разрезов, тем быстрее он восстанавливается. После операции пациент испытывает меньше боли, не рискует занести в рану инфекцию, а на его теле останется меньше шрамов
Специалисты из Гарвардской медицинской школы, Университета Страсбурга и Тайбейской больницы для ветеранов в Тайване разработали роботизированный катетер, который копирует способ передвижения в пространстве, используемый, например, раками и тараканами.
Эти животные ориентируются в пространстве с помощью усов, на ощупь определяя, есть ли рядом с ними какой-нибудь объект, и затем двигаются, слегка касаясь этого объекта. Такой способ ориентирования подходит при плохой видимости или просто в новых для животного условиях. Он напоминает поведение человека, который в кромешной темноте идет, слегка касаясь пальцами стены, чтобы таким образом ориентироваться в пространстве.
Алгоритм машинного обучения, управляющий навигацией робота, заставляет катетер двигаться вдоль поверхности, не приближаясь и не отдаляясь. Для этого его натренировали определять, где поверхность, а где не поверхность, на трех видах снимков — крови, ткани стенки сердечного желудочка и аортального клапана.
Катетер после введения в сердце аккуратно прикасался к стенке сердца, а затем следовал вдоль нее, достигая нужного места — собственно клапана. Алгоритм по мере продвижения катетера преобразовывал тактильную информацию, которую получал при помощи датчика давления, в визуальную (процесс, называемый тактильным зрением). Это было нужно, чтобы за катетером мог следить специалист. Кроме того, катетер оснащен камерой миллиметрового размера и светодиодом, чтобы врач мог все же что-то рассмотреть при максимальном приближении катетера к ткани.
Специалисты из Гарвардской медицинской школы, Университета Страсбурга и Тайбейской больницы для ветеранов в Тайване разработали роботизированный катетер, который копирует способ передвижения в пространстве, используемый, например, раками и тараканами.
Эти животные ориентируются в пространстве с помощью усов, на ощупь определяя, есть ли рядом с ними какой-нибудь объект, и затем двигаются, слегка касаясь этого объекта. Такой способ ориентирования подходит при плохой видимости или просто в новых для животного условиях. Он напоминает поведение человека, который в кромешной темноте идет, слегка касаясь пальцами стены, чтобы таким образом ориентироваться в пространстве.
Алгоритм машинного обучения, управляющий навигацией робота, заставляет катетер двигаться вдоль поверхности, не приближаясь и не отдаляясь. Для этого его натренировали определять, где поверхность, а где не поверхность, на трех видах снимков — крови, ткани стенки сердечного желудочка и аортального клапана.
Катетер после введения в сердце аккуратно прикасался к стенке сердца, а затем следовал вдоль нее, достигая нужного места — собственно клапана. Алгоритм по мере продвижения катетера преобразовывал тактильную информацию, которую получал при помощи датчика давления, в визуальную (процесс, называемый тактильным зрением). Это было нужно, чтобы за катетером мог следить специалист. Кроме того, катетер оснащен камерой миллиметрового размера и светодиодом, чтобы врач мог все же что-то рассмотреть при максимальном приближении катетера к ткани.
 |
Медик наблюдает за тем, как
робот двигается по сердцу.
Fagogenis et al., Sci.
Robot. 4, eaaw1977 (2019)
|
Этот катетер испытали в операции по закрытию аортальной приклапанной утечки — повреждения, которое возникает у пациентов с искусственным клапаном: иногда между клапаном и кольцевым пространством сердца (местом, куда входит артерия) открывается зазор, через который кровь изливается обратно в сердце, а такого быть не должно. Чтобы закрыть утечку, до нее нужно добраться катетером, пропустить его через зазор, а затем закрыть его специальной повязкой-окклюдером.
Такую операцию провели на свиньях, которым предварительно установили искусственные аортальные клапаны, специально «подтекающие». Для верности ученые сравнили три операции: сделанную автономным катетером, сделанную врачом-оператором, который управляет катетером удаленно через джойстик, и сделанную врачом вручную.
Автономную навигацию испытали 90 раз на пяти животных, и она оказалась успешной в 89 случаях.
Таким образом, автономный катетер сравнился по эффективности с инструментом, управляемым человеком. При этом он работал быстрее, чем катетер, управляемый телеоператором, но немного медленнее, чем катетер, управляемый полностью вручную.
Таким образом, ученые показали, что автономная навигация в операциях на сердце возможна и по качеству она сопоставима с операциями, выполняемыми вручную. К тому же она исключает предоперационную флюорографию, по которой врач ориентируется, когда делает операцию вручную, — она занимает не менее получаса и подвергает специалиста и пациента облучению.
Такую операцию провели на свиньях, которым предварительно установили искусственные аортальные клапаны, специально «подтекающие». Для верности ученые сравнили три операции: сделанную автономным катетером, сделанную врачом-оператором, который управляет катетером удаленно через джойстик, и сделанную врачом вручную.
Автономную навигацию испытали 90 раз на пяти животных, и она оказалась успешной в 89 случаях.
Таким образом, автономный катетер сравнился по эффективности с инструментом, управляемым человеком. При этом он работал быстрее, чем катетер, управляемый телеоператором, но немного медленнее, чем катетер, управляемый полностью вручную.
Таким образом, ученые показали, что автономная навигация в операциях на сердце возможна и по качеству она сопоставима с операциями, выполняемыми вручную. К тому же она исключает предоперационную флюорографию, по которой врач ориентируется, когда делает операцию вручную, — она занимает не менее получаса и подвергает специалиста и пациента облучению.