Робот провел первую лапароскопическую операцию без помощи человека
Робот провел лапароскопическую операцию на мягких тканях свиньи без направляющей руки человека — это значительный шаг в робототехнике на пути к полностью автоматизированным операциям на людях. Разработанный группой исследователей из Университета Джона Хопкинса автономный робот Smart Tissue Autonomous Robot (STAR) описан в журнале Science Robotics.
«Наши результаты показывают, что мы можем автоматизировать одну из самых сложных и деликатных задач в хирургии: повторное соединение двух концов кишечника. STAR провел процедуру на четырех животных и дал значительно лучшие результаты, чем люди, выполняющие ту же процедуру»
Робот преуспел в кишечном анастомозе — процедуре, которая требует высокого уровня повторяющихся движений и точности. Соединение двух концов кишечника, пожалуй, является самым сложным этапом в желудочно-кишечной хирургии, требующим от хирурга наложения швов с высокой точностью и последовательностью. Даже малейшее дрожание рук или неправильно наложенный шов могут привести к утечке, что чревато катастрофическими последствиями для пациента.
Работая с сотрудниками Детской национальной больницы в Вашингтоне (округ Колумбия) и Джином Кангом (профессором электротехники и компьютерной инженерии Университета Джона Хопкинса), Кригер смог создать робота — управляемую зрением систему, предназначенную специально для сшивания мягких тканей. Их текущая итерация продвигает модель 2016 года, которая точно восстанавливала кишечник свиньи, но требовала большого разреза для доступа к кишечнику и большего руководства со стороны людей.
Команда оснастила STAR новыми функциями для повышения автономности и хирургической точности, в том числе специализированными инструментами для наложения швов и современными системами компьютерного зрения, которые обеспечивают более точную визуализацию операционного поля.
По словам Кригера, операции на мягких тканях особенно сложны для роботов из-за их непредсказуемости, вынуждающей их быстро адаптироваться к неожиданным препятствиям. STAR имеет новую систему управления, которая может корректировать хирургический план в режиме реального времени, как это сделал бы хирург-человек.
«Что делает STAR особенным, так это то, что это первая роботизированная система, которая планирует, адаптирует и выполняет хирургический план в мягких тканях с минимальным вмешательством человека»
Трехмерный эндоскоп на основе структурного света и алгоритм отслеживания на основе машинного обучения, разработанные Кангом и его учениками, направляют STAR. «Мы считаем, что передовая система трехмерного машинного зрения необходима для того, чтобы сделать интеллектуальных хирургических роботов умнее и безопаснее», — рассказал профессор.
По словам Кригера, по мере того, как медицина движется к более лапароскопическим подходам к операциям, будет важно иметь автоматизированную роботизированную систему, предназначенную для таких процедур.
«Роботизированный анастомоз — это один из способов гарантировать, что хирургические задачи, требующие высокой точности и воспроизводимости, могут выполняться с большей точностью у каждого пациента, независимо от навыков хирурга. Мы предполагаем, что это приведет к демократизированному хирургическому подходу к лечению пациентов с более предсказуемыми и последовательными результатами»
«Автономная роботизированная хирургия может обеспечить эффективность, безопасность и согласованность независимо от навыков и опыта отдельного хирурга. Автономный анастомоз является сложной задачей хирургии мягких тканей, поскольку требует сложных методов визуализации, отслеживания тканей и хирургического планирования, а также точного выполнения с помощью легко адаптируемых стратегий управления, часто в неструктурированных и деформируемых средах», — говорится в исследовании.
В лапароскопических условиях такие операции еще более сложны из-за необходимости высокой маневренности и повторяемости при ограничениях движения и зрения.
Усовершенствованная автономная стратегия исследователей позволяет оператору выбирать среди автономно сгенерированных хирургических планов, а робот самостоятельно выполняет широкий спектр задач. Затем используется расширенная автономная стратегия для выполнения автономной роботизированной лапароскопической хирургии для кишечного анастомоза на моделях свиней в течение однонедельного периода выживания.
Ученые сравнили критерии качества анастомоза, включая коррекцию положения иглы, расстояние между швами, размер шва, время завершения, проходимость просвета и давление утечки разработанной автономной системы, ручной лапароскопической хирургии и роботизированной хирургии (RAS).
Данные фантомной модели показали, что их система превосходит мануальную технику опытных хирургов и технику RAS с точки зрения согласованности и точности. Эти результаты демонстрируют, что хирургические роботы, демонстрирующие высокий уровень автономии, могут улучшить согласованность, улучшить результаты лечения пациентов и доступ к стандартной хирургической технике.
