da Vinci: робот-хирург

da Vinci: робот-хирург

Тысячи роботов по всему миру всегда готовы к хирургическим операциям любой сложности. Добро пожаловать на операционный стол к хирургу, чьи движения идеально точны, а пальцы не знают дрожи!

7 сентября 2001 года доктор Мишель Ганье, руководитель отделения лапароскопической хирургии Нью-Йоркского госпиталя Mount Sinai, закончил 55-минутную операцию и встал со своего места, чтобы размяться. Операция прошла без осложнений, и женщину с удаленным желчным пузырем вскоре доставили в палату. Хирурга и пациентку, находящуюся в Университете Луи Пастера в Страсбурге, в этот момент разделяли 7000 км Атлантического океана, а сама операция была проведена с помощью роботизированной системы da Vinci, управляемой по выделенному оптоволоконному каналу. По словам доктора Ганье, самой сложной частью этой операции было обеспечение минимальной задержки в канале связи — усилиями команды компьютерщиков под руководством Стива Бетнера из Калифорнийского университета ее удалось снизить с 400 до 66 мс. Мишель Ганье тогда оптимистично высказал предположение, что в будущем врачи смогут проводить подобные операции пациентам в удаленных районах. Однако недостаточная надежность систем связи пока сдерживает реализацию этого прогноза.

Обойти проблему можно, если наделить роботов-хирургов некоторой самостоятельностью. Об этом уже давно мечтают фантасты. Айзек Азимов еще в 1982 году в романе «Двухсотлетний человек» писал: «Эндрю Мартин разглядывал правую руку робота, его оперирующую руку, которая неподвижно лежала на столе. Пальцы были длинными и обладали изящными металлическими формами, грациозные изгибы которых позволяли легко представить, как скальпель становится с ними единым целым. В работе хирурга не будет ни сомнений, ни колебаний, ни дрожи в руках, ни ошибок». Он оказался провидцем. Хотя, конечно, не во всем. Да, «руки» хирургической системы da Vinci Si составляют с инструментами единое целое и совершенно не дрожат. Вот только этот робот совсем не похож на человека, а напоминает огромного паука, запустившего лапы в пациента на операционном столе. Проворные манипуляторы хозяйничают внутри человеческого тела с точностью и уверенностью, недоступными человеческим рукам.


Плюсы и минусы

Как любой новый метод, роботизированные хирургические системы da Vinci имеют свои сильные и слабые стороны. Станислав Берелавичус прокомментировал «ПМ» плюсы и минусы подобных систем с точки зрения хирурга.

+ Манипуляторы с инструментами имеют значительно большее количество степеней свободы по сравнению с лапароскопическими инструментами.

+ Увеличенное 3D изображение операционного поля в высоком разрешении с возможностью наложения данных компьютерной томографии или МРТ.

+ Более точные движения инструментов приводят к меньшему травмированию и более быстрой реабилитации пациентов.

+ Возможность масштабирования движений рук хирурга, что особенно важно при проведении тонких операций (например, сшивании мелких сосудов).

— Отсутствие обратной связи по усилию на органах управления (манипуляторы способны развивать значительные усилия, и врачу нужно тщательно оценивать свои движения, чтобы не повредить ткани).

— Узкое операционное поле.


Со стороны врача

Разумеется, da Vinci оперирует не по своему собственному произволу. Им командует хирург, который сидит за консолью в углу операционной, глядя в окуляры стереоэндоскопа высокого разрешения. Манипуляторы робота, находящегося в нескольких метрах от консоли, повторяют каждое движение хирурга. И это не какой-нибудь прототип, а вполне массовая хирургическая система, выпущенная тиражом более 2500 штук, которая выполняет более 200 000 операций в год по всему миру. Система da Vinci, поступившая в больницы 14 лет назад, сегодня является самым распространенным хирургическим роботом в мире. И самым универсальным: началось все с урологической хирургии, но сейчас с помощью этого робота выполняют множество самых разных операций, его манипуляторы способны дотянуться почти до любого внутреннего органа.

Конечно, применение роботов изменило привычный порядок в операционных. «Роботоассистированные операции — это дальнейшее развитие минимально инвазивной (то есть с минимальным вмешательством) хирургии. Они значительно меняют характер операции как в плане работы врача, так и в плане безопасности пациента, — говорит Станислав Берелавичус, хирург и старший научный сотрудник Института хирургии им. А.В. Вишневского. — Скажем, хирург теперь не стоит на протяжении всей операции — а она может длиться несколько часов — рядом с операционным столом, а сидит за консолью управления в нестерильной зоне, глядя в окуляры стереоэндоскопа. Казалось бы, мелочь, но ведь чем удобнее работать врачу, тем более точны его движения, а значит, менее травматична операция».

Как говорит Эндрю Вагнер, директор отделения минимально инвазивной урологической хирургии в Медицинском центре Beth Israel Deaconess в Бостоне, «как минимум пару раз в месяц тот или иной пациент просит меня показать руки. Люди озабочены вопросом, не дрожат ли у меня пальцы. Я показываю, стесняться мне нечего. Но теперь такие вещи не имеют никакого значения: когда робот масштабирует движения моих рук, он полностью сглаживает случайные вибрации».

Не бойтесь роботов

По словам Вагнера (а его мнение разделяет все большее число хирургов, которым довелось видеть da Vinci в действии), преимущество роботизированной хирургии состоит в том, что в ней соединяются человеческий разум, опыт хирурга и безупречная точность механизма. Манипуляторы с инструментами вводятся через совсем небольшие надрезы, при этом врач может орудовать ими более ловко, чем инструментами, используемыми в лапароскопии (метод хирургии, в котором операции на внутренних органах проводят через небольшие, 0,5−1,5 см, разрезы). При этом пациент травмируется значительно меньше (не говоря уже о сравнении с традиционной открытой хирургией). Соответственно, снижается вероятность осложнений и сокращается время, необходимое на реабилитацию. По словам Станислава Берелавичуса, при роботоассистированных абдоминальных (в брюшной полости) операциях кровопотеря примерно на порядок ниже, чем при лапароскопических. При простатэктомии (удалении простаты) открытым способом пациент после операции должен несколько дней оставаться в больнице. Если же операцию выполняет робот, это время можно сократить до одного дня. «Раньше все операции на простате и почках проводились открытым или лапароскопическим способом, а сейчас 90% из них выполняется с помощью робота», — говорит Вагнер.

Роботизированные хирургические системы теперь помогают выполнять операции практически на всех внутренних органах. Сейчас их можно встретить во многих операционных. На фото: Mazor Robotics Renaissance. Это система роботизированного наведения хирургических инструментов при операциях на позвоночнике использует томографические сканы, полученные до операции, а также рентгенографию, выполняемую в режиме реального времени. Таким образом, обеспечивается просто фантастическая точность позиционирования инструментов. В настоящее время используется в операциях на позвоночнике. Перспективы: FDA уже выдало разрешение использовать эти системы при операциях на черепе. Впрочем, подробные методики таких операций еще предстоит разработать.

Пациентов обычно радует перспектива операции, выполняемой роботом, хотя некоторые склонны при этом известии впадать в панику. «Само упоминание о роботе многих вводит в заблуждение. Люди думают, что я просто нажму какую-то кнопку и выйду из операционной», — посмеивается Вагнер. «Робот в данном случае представляет собой набор очень совершенных инструментов, значительно расширяющих возможности врача, — говорит Станислав Берелавичус. — Но оперирует все равно хирург».

Свобода воли

Между тем планы по наделению медицинских роботов некоторой автономностью — далеко не фантастика. Восемь лет назад израильская компания Mazor Robotics, разработчик хирургического робота Renaissance, столкнулась с совершенно неожиданной проблемой. Недостаточная эффективность? Совсем наоборот. Робот умел наводить хирургическое сверло в определенные точки, заранее выбранные в позвоночном столбе пациента, и самостоятельно высверливать отверстия на заданную глубину, а от хирурга требовалось только подтвердить правильный выбор цели. Однако в процессе предварительных испытаний выяснилось, что, хотя хирургов-ортопедов полностью устраивала высокая точность робота, им совершенно не нравилось отсутствие обратной связи при сверлении — им нужно было ощущать, как сверло вгрызается в кость. Ори Хадоми, директор компании Mazor, говорит, что компания была вынуждена «подрезать крылышки» своему детищу и отключить автоматический режим сверления.

RIO Mako Surgical. Эта система представляет собой один прецизионный роботизированный манипулятор, передвигаемый на колесиках. Манипулятор можно вооружить различными инструментами для обработки пораженных болезнью суставов или для позиционирования имплантируемых протезов. В настоящее время применяется при лечении бедер и коленей. Перспективы: хотя спрос на этот аппарат достаточно высок, фирма-производитель сейчас столкнулась с финансовыми трудностями. Прежде чем распространить применение этого робота и на другие части тела, компания должна укрепить свои позиции в области операций на суставах ног.

Renaissance — относительно новая, но далеко не единственная полуавтономная медицинская хирургическая система. Среди роботов, используемых в современной медицине, можно отметить многочисленные установки для лазерной коррекции зрения типа LASIK, и RIO компании Mako Surgical для пластики рабочих поверхностей суставов, и систему для лучевой терапии CyberKnife. Это вполне полноценные роботы, то есть машины, послушно выполняющие поставленную перед ними задачу по заранее определенной программе, которую, впрочем, можно корректировать в зависимости от различных внешних факторов.

К примеру, CyberKnife — это не просто манипулятор с линейным ускорителем электронов для генерации рентгеновского излучения, обученный точному прицеливанию. Его алгоритмы позволяют вести стрельбу по движущейся цели, то есть подстраивать фокусировку, отслеживая дыхание и другие непроизвольные движения пациента. Благодаря этому на пациента можно воздействовать более узким пучком рентгена, сократив при этом общее число сеансов. Поскольку аппарат способен очень точно облучать именно опухоль, не затрагивая соседние ткани, удается не только существенно снизить вероятность различных побочных эффектов, но и дать надежду многим пациентам, которые раньше считались неоперабельными.

Intuitive Surgical da Vinci. Этот аппарат — самый распространенный в мире хирургический робот. Он обеспечивает дистанционное управление стереоэндоскопом высокого разрешения и тремя манипуляторами, которые могут быть вооружены различными хирургическими инструментами. Эти манипуляторы вводятся в человеческое тело через очень небольшие (1−2 см) разрезы. В настоящее время используется при операциях на надпочечных железах, кишечнике, сердце, желчном пузыре, почках, простате, селезенке, желудке, горле и органах женской половой системы. Перспективы: новые направления использования пока не планируются, хотя система постоянно модернизируется — обновляется программное обеспечение и на основе накопленных данных оттачиваются методики проведения операций на уже перечисленных органах.

Вторая волна

Спрос на хирургические системы растет, и ученые создают медицинских роботов второй волны, обладающих еще большей степенью автономности. В 2010 году группа разработчиков ультразвуковых излучателей в Университете Дьюка продемонстрировала своего робота, который был предназначен для биопсии. Первыми «испытуемыми» системы стали индюшачьи грудки, а затем ее успешно испытали на двух пациентках, которым был диагностирован рак груди. Стивен Смит, руководитель группы, полагает, что разработанная под его началом методика должна оказаться значительным подспорьем в развивающихся странах. «Легко себе представить мобильный фургон, в котором смонтирован аппарат для маммографии, трехмерный сканер, наш робот и компьютер с соответствующим программным пакетом, — говорит Смит. — При такой постановке дела со всей работой будет управляться всего один лаборант».

В Университете Карнеги-Меллон профессор робототехники и один из основателей компании Medrobotics Хауи Чозет ждет разрешения FDA (Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарств), которое должно одобрить первую коммерческую модификацию его системы Flex. Змееподобный хирургический робот будет предназначен для выполнения отоларингологических операций. Впрочем, Чозет не намерен ограничиваться этой областью и надеется разработать аналогичные системы, способные не только конкурировать с da Vinci, но и двинуться дальше, меняя наши представления о том, на что способна хирургия и кому она должна быть доверена. «Медицинская помощь должна стать несравненно более доступной, — говорит Чозет. — Испытывая наших змееподобных роботов на свиньях, мы проводили хирургические операции руками людей, не имеющих подобной квалификации». Оператор управляет этой системой с помощью всего лишь одного джойстика. При таком подходе от оператора требуются всего лишь приблизительные познания об анатомии человека, чтобы просто-напросто не заблудиться в его внутренностях. Операционные надрезы станут существенно меньше, и производить их можно будет в тех участках тела, где они будут быстрее заживать.

Accuray CyberKnife. При использовании традиционной лучевой терапии высокоэнергетическим гамма- или рентгеновским излучением захватываются обширные зоны человеческого тела. В системах последних поколений используются линейные ускорители электронов, которые позволяют генерировать узконаправленные сфокусированные пучки рентгеновского излучения. Система CyberKnife наводит это излучение на опухоль с очень высокой (субмиллиметровой) точностью, компенсируя даже естественные движения человека, связанные, например, с дыханием. В настоящее время используется для лучевой терапии опухолей груди, женской половой системы, желудочно-кишечного тракта, головы и шеи, внутричерепных опухолях, почках, печени, легких, поджелудочной железе, простате, позвоночнике. Перспективы: разработчики сейчас не столько пытаются расширить область применения системы, сколько улучшить фокусировку пучков, чтобы увеличить количество пациентов, которым может помочь лучевая терапия.

Чозет полагает, что такая операционная система очень пригодилась бы на поле боя, где полевой санитар, вооруженный такой вот просто управляемой змейкой, мог бы значительно уменьшить количество летальных исходов. «Для того чтобы освоить управление аппаратом da Vinci, нужно медицинское образование и достаточная хирургическая практика, — говорит Чосет. — А на изучение анатомии и на то, чтобы освоить управление гибкой змейкой, потребуется на порядок меньше времени. Если вы играете в видеоигры, вам будет по силам и управлять нашим роботом-хирургом».


Da Vinci в России

Первый хирургический робот da Vinci — модель S — был установлен в Екатеринбурге в 2007 году. В настоящее время в России насчитывается 14 систем da Vinci, из них 12 используются для клинических целей (модели S и более совершенные SI) — в Ханты-Мансийской ОКБ, 50-й ГКБ в Москве, НМХЦ им. Н.И. Пирогова, в Институте хирургии им. В.А. Вишневского, ФЦСКЭ им В.А. Алмазова, ННИИ ПК им. ак. Е.Н. Мешалкина. С помощью этих систем сегодня выполняют достаточно широкий спектр операций в области урологии, гинекологии, общей хирургии, абдоминальной и кардиохирургии. На начало 2013 года в России было проведено более 1880 роботоассистированных хирургических операций.

На фото — Станислав Берелавичус, старший научный сотрудник, хирург отделения общей абдоминальной хирургии Института хирургии им. А.В. Вишневского:

«Хирургические роботы — это не просто новый инструмент, это настоящий прорыв в минимально инвазивной хирургии. Они значительно расширяют возможности врача, поднимая на новый уровень безопасность пациента. Уникальные операции, которые раньше были по силам только отдельным специалистам, теперь могут стать массовыми.»


Робот + человек

Впрочем, врачи, оперирующие с помощью системы da Vinci, весьма скептически относятся к подобным заявлениям. «Посадите человека без медицинского образования за консоль da Vinci — ну и что он будет делать? — спрашивает Станислав Берелавичус. — Более того, поскольку тактика роботоассистированных операций похожа на лапароскопическую, управлять системой должен не просто хирург, а врач, имеющий опыт подобных операций». В операционной нет места для непрофессионалов, причем речь идет не только о хирурге, но и обо всей операционной бригаде.

«Каждый пациент по‑своему уникален, — говорит Кэтрин Мор, руководитель медицинских исследований Intuitive Surgical, компании-производителя системы da Vinci. В теории можно себе представить автономный вариант da Vinci, который был бы наделен способностью выявить и удалить пораженную простату, используя подробную карту внутренних органов. В половине случаев результат будет вполне приличным, но вот в другой половине… Нервы или сосуды, скажем, могут оказаться не совсем там, где обычно, — и это грозит серьезными проблемами.

Во многом это упирается в проблему адекватного отображения. Легче сканировать твердые ткани, например кости. А вот мягкие ткани, пронизанные во всех направлениях сосудами и нервами, — всегда головоломка. Если системы типа Renaissance, позиционирующие при операции на позвоночнике сверло с субмиллиметровой точностью, или RIO, фрезерующий поверхность поврежденного сустава, могут действовать по заранее заданной программе, которая строится в соответствии с рентгенограммами, томографией и ультразвуковыми обследованиями и потом в ходе операции лишь подтверждается, то в области мягких тканей навигация представляет собой серьезную проблему".

Так что развитие хирургических роботов явно не пойдет по прямому пути наделения их все большей автономностью. Автоматика и телемеханика — это просто две составляющие части общего робототехнического решения, а дальнейшие шаги в развитии искусственного интеллекта всегда будут подстраховываться человеческим разумом. Но всем ясно, что эпоха, когда врач ковыряется в чужом теле собственными руками, несомненно, подходит к концу.

Статья «Операционная система» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2013).
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.