Все новости

Робот забрался в сердце живой свиньи и устранил в нем течь. Он провел 90 операций на ощупь, справившись не хуже профессионального хирурга

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.

Медик наблюдает за тем, как робот двигается по сердцу. Fagogenis et al., Sci. Robot. 4, eaaw1977 (2019)
Описание
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.

 Евгения Щербина