В истории мировой медицины пройден важнейший рубеж: исследователи успешно применили дистанционно управляемых роботов-гуманоидов для проведения двух сложных хирургических вмешательств в рамках доклинического испытания. Об этом сообщает американское издание UC San Diego Today
Результаты этой поистине революционной работы были опубликованы в престижном научном журнале Nature 8 июля. Эксперимент, ставший плодом тесной междисциплинарной коллаборации инженеров и практикующих хирургов Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD), доказал принципиальную возможность интеграции универсальных антропоморфных платформ в стерильное пространство операционных.
Практическая часть исследования состояла из двух принципиально разных сценариев. В рамках первого эксперимента слаженная гибридная команда, состоящая из робота-гуманоида под телеуправлением и ассистирующего человека-хирурга, успешно провела операцию по удалению желчного пузыря (холецистэктомию). Второй этап оказался еще более амбициозным: аналогичное лапароскопическое вмешательство выполнили бок о бок два гуманоидных робота в полностью роботизированном тандеме, вообще без физического присутствия человека у операционного стола. Обе высокотехнологичные операции проводились на крупных живых животных, не относящихся к приматам (испытания проходили на поросятах 11 и 16 недель).
Авторы исследования заявляют, что данный успешный эксперимент является фундаментальным подтверждением концепции (proof-of-concept). Он закладывает прочную основу для постепенного внедрения человекоподобных платформ в повседневную клиническую практику. Предполагается двухэтапный эволюционный путь: на первых порах универсальные роботы будут выполнять функции многозадачных ассистентов хирургов, а в среднесрочной перспективе смогут самостоятельно осуществлять полноценные хирургические манипуляции под удаленным телеуправлением квалифицированных специалистов.
Важнейшим стимулом для развития этой технологии является острый кадровый голод в мировой медицине, о чем открыто говорят авторы проекта:
«Дефицит хирургов при постоянно растущей потребности пациентов в медицинской помощи приводит к увеличению времени ожидания, снижению доступности лечения и усилению неравенства в здравоохранении, — отмечает Майкл Йип, профессор кафедры электротехники и компьютерной инженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего, один из старших авторов исследования. — Дистанционно управляемые и автономные гуманоидные роботы способны реально расширить доступ к критически важным операциям, которые иначе были бы недоступны многим пациентам. Это может внести свой вклад в преодоление кризиса здравоохранения не только в США, но и во всем мире»
В отличие от узкоспециализированных медицинских систем, заточенных под выполнение строго определенных механических процедур, антропоморфные платформы обладают колоссальным преимуществом — универсальностью. Они применимы для широкого спектра операций и вспомогательных процедур. Эта гибкость делает их незаменимыми для развертывания в изолированных населенных пунктах и зонах экстремальных ситуаций.
«Это исследование подтвердило перспективность применения гуманоидных роботов в хирургии, — говорит Йип. — Их можно задействовать в удаленных точках, где сложно найти персонал, или в экстремальных условиях — например, при поисково-спасательных операциях, когда требуется быстрое развертывание полевой медицинской помощи»
Почему гуманоиды превосходят классические системы
Чтобы понять масштаб технологического прорыва, необходимо сопоставить параметры инновационных антропоморфных систем с характеристиками традиционных хирургических роботов (таких как классические комплексы da Vinci).
Традиционные роботизированные системы обычно оснащены тремя или четырьмя манипуляторами, специализированными инструментами и закрытым программным обеспечением, которое нельзя модифицировать. Они весят около 820 килограммов, требуют участия большой бригады специалистов по их установке и занимают много места в операционной, которую зачастую приходится переоборудовать под их размещение.
Гуманоидные роботы, напротив, мобильны и компактны. Рост роботов, использовавшихся в исследовании и получивших прозвище Surgie (базируются на антропоморфной платформе Unitree G1), составляет около 152 сантиметров, а вес — всего 27 килограммов. Благодаря относительной легкости и компактности они особенно эффективны в удаленных и малообеспеченных регионах, где строительство специализированных операционных или привлечение больших команд для обслуживания сложного оборудования были бы слишком дорогостоящими, отмечает Йип.
В отличие от традиционных хирургических роботизированных систем, гуманоидные роботы органично вписываются в операционную. Хотя исследователям пришлось оснастить Surgie специальными креплениями-адаптерами, чтобы они могли удерживать стандартные хирургические инструменты, управление ими ощущалось естественным — особенно для врачей, не имеющих опыта работы со специализированными системами.
Соавтор исследования Никита Тхареджа, хирург-ординатор Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего отметил:
«Мы были удивлены тем, насколько органично Surgie вписался в наше рабочее пространство и рабочий процесс»
Процедура, выполненная дистанционно управляемым гуманоидным роботом, не уступает по точности операции с использованием специализированной роботизированной системы с телеуправлением, считает Шанглей Лю, доцент кафедры хирургии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и один из старших авторов статьи. Он лично управлял роботом во время эксперимента.
«Робот обходится значительно дешевле и требует намного меньше места в операционной. Поэтому его легко применять где угодно — от сельских районов до поля боя и даже космоса», — подчеркнул Лю, который также является сотрудником кафедры биоинженерии имени Шу Цяня и Джина Лея
Препятствия и горизонты будущего
Разработчики честно указывают на ряд технических нюансов, требующих обязательного устранения перед началом клинических испытаний на людях. Главная сложность текущего этапа — необходимость периодической ручной перекалибровки роботов непосредственно в процессе операции, из-за чего общая продолжительность процедур пока заметно превышает стандарты традиционной роботизированной хирургии. Кроме того, сохраняются определенные задержки (latency) при передаче сигнала от пульта управления к приводам робота, что критично для трансконтинентальных операций.
Однако подобные трудности были характерны и для ранних систем, и со временем ситуация улучшится, отмечает Лю. Первая роботизированная лапароскопическая операция длилась шесть часов, сегодня она занимает всего около 30 минут.
Параллельно учеными постепенно устраняется задержка между движением хирурга на пульте управления и физическим откликом робота. Команда уже продолжает эксперименты с операциями на сверхдальних расстояниях для работы в изолированных географических точках.
При этом спектр применения Surgie выходит далеко за рамки непосредственного выполнения надрезов или наложения швов. Поскольку робот умеет передвигаться пешком и совершать большинство физических задач, доступных человеку, он мог бы выполнять функции санитара: подавать инструменты хирургам, транспортировать расходные материалы или убирать операционную после завершения процедуры.
«Одна из наших целей — разработать автономного хирургического ассистента, — говорит Йип. — Во многих регионах в хирургических бригадах не хватает персонала, из-за чего пациенты остаются без необходимого лечения. Мы стремимся создать операционную будущего, где человекоподобные роботы и люди будут работать бок о бок как единая команда. Они будут проводить вмешательства как в традиционных больницах, так и в условиях полевой медицины»
Исследователи подчеркнули, что эта историческая работа была бы невозможна без тесного сотрудничества инженеров и хирургов, а также без Центра хирургии будущего Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Райан Бродерик, временно исполняющий обязанности директора Центра хирургии будущего и доцент кафедры хирургии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего уверен, что данный эксперимент появился благодаря эффективному сотрудничеству врачей и инженеров
«Это достижение отражает эффективность сотрудничества инженеров и хирургов-новаторов, которые вместе решают реальные клинические задачи в нашей лаборатории мирового уровня Наш центр создает среду, где инженерные инновации и клинический опыт объединяются, позволяя разрабатывать, тестировать и совершенствовать прорывные идеи»