Без помощи человека

Робот забрался в сердце живой свиньи и устранил в нем течь

Евгения Щербина, «Чердак»

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.

Статья Fagogenis et al. Autonomous robotic intracardiac catheter navigation using haptic vision опубликована в журнале Science Robotics.

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.

Рисунок из статьи в Science Robotics.

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.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru