Робот провів першу лапароскопічну операцію без допомоги людини
Робот провів лапароскопічну операцію на м'яких тканинах свині без керівної руки людини — це значний крок у робототехніці на шляху до повністю автоматизованих операцій на людях. Автономний робот Smart Tissue Autonomous Robot (STAR), розроблений групою дослідників Університету Джона Гопкінса, описано в журналі Science Robotics.
«Наші результати показують, що ми можемо автоматизувати одне з найскладніших і найделікатніших завдань у хірургії: повторне з'єднання двох кінців кишківника. STAR провів процедуру на чотирьох тваринах і дав значно кращі результати, ніж люди, які виконують ту саму процедуру»
Робот упорався з кишковим анастомозом — процедурою, яка вимагає високого рівня повторюваних рухів і точності. З'єднання двох кінців кишківника, мабуть, є найскладнішим етапом у шлунково-кишковій хірургії, що вимагає від хірурга накладання швів з високою точністю та послідовністю. Навіть найменше тремтіння рук або неправильно накладений шов можуть призвести до витоку, що загрожує катастрофічними наслідками для пацієнта.
Працюючи разом із співробітниками Дитячої національної лікарні у Вашингтоні (округ Колумбія) та Джином Кангом (професором електротехніки та комп'ютерної інженерії Університету Джона Гопкінса), Кригер зміг створити робота — керовану зором систему, призначену спеціально для зшивання м'яких тканин. Їхня поточна ітерація розвиває модель 2016 року, яка точно відновлювала кишківник свині, але потребувала великого розрізу для доступу до кишківника та більшого керівництва з боку людей.
Команда оснастила STAR новими функціями для підвищення автономності та хірургічної точності, зокрема спеціалізованими інструментами для накладання швів і сучасними системами комп'ютерного зору, які забезпечують точнішу візуалізацію операційного поля.
За словами Кригера, операції на м'яких тканинах особливо складні для роботів через їхню непередбачуваність, яка змушує їх швидко адаптуватися до несподіваних перешкод. STAR має нову систему керування, яка може коригувати хірургічний план у режимі реального часу, так само як це зробив би хірург-людина.
«Що робить STAR особливим, так це те, що це перша роботизована система, яка планує, адаптує та виконує хірургічний план у м'яких тканинах з мінімальним втручанням людини»
Тривимірний ендоскоп на основі структурованого світла та алгоритм відстеження на основі машинного навчання, розроблені Кангом і його учнями, керують STAR. «Ми вважаємо, що передова система тривимірного машинного зору необхідна для того, щоб зробити інтелектуальних хірургічних роботів розумнішими й безпечнішими», — розповів професор.
За словами Кригера, оскільки медицина рухається до більш лапароскопічних підходів до операцій, важливо мати автоматизовану роботизовану систему, призначену для таких процедур.
«Роботизований анастомоз — це один зі способів гарантувати, що хірургічні завдання, які вимагають високої точності та відтворюваності, можуть виконуватися з більшою точністю для кожного пацієнта, незалежно від навичок хірурга. Ми припускаємо, що це призведе до демократизованого хірургічного підходу до лікування пацієнтів з більш передбачуваними та послідовними результатами»
«Автономна роботизована хірургія може забезпечити ефективність, безпеку та узгодженість незалежно від навичок і досвіду окремого хірурга. Автономний анастомоз є складним завданням хірургії м'яких тканин, оскільки потребує складних методів візуалізації, відстеження тканин і хірургічного планування, а також точного виконання за допомогою легко адаптованих стратегій керування, часто в неструктурованих і деформованих середовищах», — йдеться в дослідженні.
В лапароскопічних умовах такі операції ще складніші через необхідність високої маневреності та повторюваності за обмежень руху і зору.
Удосконалена автономна стратегія дослідників дозволяє оператору вибирати серед автономно згенерованих хірургічних планів, а робот самостійно виконує широкий спектр завдань. Далі розширена автономна стратегія використовується для виконання автономної роботизованої лапароскопічної хірургії з кишкового анастомозу на моделях свиней протягом однотижневого періоду виживання.
Учені порівняли критерії якості анастомозу, включно з корекцією положення голки, відстанню між швами, розміром шва, часом завершення, прохідністю просвіту та тиском витоку розробленої автономної системи, ручної лапароскопічної хірургії та роботизованої хірургії (RAS).
Дані фантомної моделі показали, що їхня система перевершує мануальну техніку досвідчених хірургів і техніку RAS з точки зору узгодженості та точності. Ці результати демонструють, що хірургічні роботи, які виявляють високий рівень автономії, можуть покращити узгодженість, поліпшити результати лікування пацієнтів і доступ до стандартної хірургічної техніки.
