Роботы в медицине: лечение без дрожи в руках

Медицину считают идеальной сферой для применения роботов. Они каждый день заступают на службу во многих клиниках и больницах. Медицинские роботы спасли жизнь и здоровье сотням тысяч пациентов. Ежегодно число “электронных врачей” вырастает на 20%.

На что же способны роботы в белых халатах? Какую помощь они оказывают? Могут ли работать без контроля людей? Попробуем вместе найти ответы на эти и другие вопросы.

Со скальпелем и видеокамерой

Робот-хирург да Винчи
Оперирует Da Vinci

В медицину роботы пришли из промышленности. В 1985 году для операции на головном мозге использовали манипулятор PUMA-560 – детище пионера промышленной робототехники, американской компании Unimation. Параллельно ее конкуренты во главе с Фредериком Моллом разработали для армии США прототип робота-хирурга, которого позже назвали Da Vinci. С 2000 года его серийное производство наладила компания Intuitive Surgical.

Во время операции Da Vinci выполняет роль ассистента, которым управляет человек-хирург. Манипуляторы электронного помощника повторяют действия доктора. Последний сидит за пультом и наблюдает в окуляры стереоэндоскопа то, что передает видеокамера в руке робота. Da Vinci вводит инструменты через небольшие разрезы, что снижает риск кровопотери и осложнений. Он не устает, его движения четкие, скальпель никогда не дрогнет. Поэтому для пациентов лечение стало менее травматичным, а для хирургов – менее утомительным.

Сейчас Da Vinci – самый популярный в мире робот-хирург, который ежегодно делает более 200 тысяч операций на сердце, мозге, мочевом пузыре и других органах. К примеру, в 2017 году он оперировал под руководством главного уролога российского Минздрава Дмитрия Пушкаря.

В последнее время в операционных можно увидеть и других хирургических роботов. Израильская система Renaissance демонстрирует большие успехи в операциях на позвоночнике, голландская Microsure – на микрососудах, американская RIO – на суставах. Один из самых уникальных – итальянский робот-хирург ARES, который после заглатывания, сам собирает себя в теле пациента и делает операцию под дистанционным управлением врача. Роботы произвели революцию в медицине: благодаря им появились такие направления, как телехирургия (без контакта доктора и пациента) и хирургия минимального вмешательства.

За диагнозом – к “умному” микроскопу

умный микроскоп
“Умный” микроскоп ставит диагноз

По мнению крупного американского венчурного инвестора Винода Хослы, 80% медиков вскоре заменят информационные системы и роботы-диагносты. Электроника, вооруженная мощным программным обеспечением, будет анализировать массивы медицинской информации, ставить точный диагноз и разрабатывать эффективный курс лечения. Технологии “больших данных” могут оказаться более эффективными, чем “люди в белых халатах”.

Яркий пример робота-диагноста – суперкомпьютер Watson компании IBM. В него ввели более 600 тысяч медицинских документов, 25 тысяч историй болезни. “Супермозг” подпитывает архив американского центра изучения рака. Принцип работы прост: доктор вводит историю болезни, а Watson после непродолжительной обработки выдает диагноз и стратегию лечения. Исследования ученых показали, что роботы делают это на 40% точнее, чем люди-медики. Поэтому в 6 клиниках США с суперкомпьютерами советуются даже “светила” медицины.

Ученые Гарвардской медицинской школы усилили микроскопы искусственным интеллектом, чтобы диагностировать опасные бактерии по образцам крови. Для этого они впервые применили машинное обучение. Исследователи научили сверхточную нейронную сеть различать по виду микроорганизмы, которые вызывают заражение крови. После обработки 100 тысяч учебных изображений искусственный интеллект смог распределить их на категории с точностью 95%. Тесты системы на автоматизированном “умном” микроскопе показали: то, что микробиологи со стажем делают за минуты, нейросеть – за секунды. Технологию можно применять удаленно, что может помочь для выявления очагов инфекций, а в будущем – заменить людей.

В 2018 году приступит к работе робот-диагност Xiaoyi китайской компании iFlytek. Он с блеском сдал экзамен на медицинскую лицензию, но лечить никого не будет. Робот с искусственным интеллектом способен анализировать информацию о пациентах, ставить диагноз, помочь выявить эпидемию, давать прогнозы рисков. Разработчики надеются, что Xiaoyi выручит молодых врачей в глубинке.

Гуманоиды учат и … впадают в кому

HPS
Обучение с роботом-манекеном HPS

Для обучения медперсонала навыкам оказания врачебной помощи и проведения операций применяют роботов-симуляторов. Они воссоздают особенности сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма, имитируют дыхание, физиологию и поведение человека.

Симуляторы-манекены дают возможность:

  • обучать медиков без риска для больных;
  • моделировать ситуации и усложнять сценарии;
  • упредить ошибки врачей;
  • готовиться к катастрофам, ударам стихии, эпидемиям.

Один из лидеров отрасли – компания METI (Medical Education Technologies Inc., США), которая создает уникальных роботов-симуляторов с мощнейшей аппаратной частью. Ее стационарный HPS (Human Patient Simulator) не имеет аналогов в мире, так как полностью воспроизводит физиологические реакции, такие как расширение зрачков, одышка, потливость, слезоотделение. Если студенты-медики его неправильно “лечат”, он может впасть в кому и даже умереть.  Новинку METI, мобильного робота-манекена iSTAN, отличить от обычного пациента почти невозможно. Его кожа и тело напоминают человеческие. Руки, ноги, шея и позвоночник поражают точностью движений.

В 2007 году инженеры из японской компании Kokoro разработали робота-гуманоида Simroid для начинающих стоматологов. Манекен выглядит как девушка с темными волосами и силиконовой кожей. Аэромышцы позволяют ему открывать и закрывать рот, а сенсоры – чутко реагировать на действия врача. Simroid охает от боли, корчит гримасы, машет руками, реагирует на просьбы повернуть голову, отвечает на вопросы.

Одной из наиболее перспективных разработок можно считать манекен-тренажер SimMan 3G норвежской компании Laerdal. Внешне он напоминает мужчину. SimMan 3G легко имитирует реакции и поведение человека при несчастных случаях, травмах и катастрофах. Благодаря беспроводным технологиям робот полностью автономен и удобен для программирования, управления и перемещения. Режим Instructor Mode позволяет инструктору моделировать и усложнять сценарий для каждого студента. Манекен может воссоздать реакции организма на 108 лекарственных препаратов, распознать их и определить дозу.

Медсестры на колесиках, сиделки на шарнирах и реабилитологи с “ластами”

Робот-медведь
Робот-медведь – лучшая сиделка

Некоторые роботы с успехом заменяют медперсонал среднего и низшего звена – медсестер и сиделок. Электронно-механическим помощникам под силу доставить результаты анализов, разложить лекарства, подать инструменты, опросить пациентов.

Яркий пример – роботизированный помощник медсестры Hospi компании Panasonic, который в 2016 году прошел международную сертификацию для работы в больницах по всему миру. На скорости 1 метр в секунду он в условиях стерильности переносит медицинскую технику и образцы анализов. Одна из моделей Hospi выдает лекарства по расписанию, а другая – обеспечивает прикованным к постели контакты с внешним миром.

Сотрудники медицинского центра Mercy (США) создали робота IvSTATION, который стал помощником химиотерапевта. Его задание – соединять, смешивать и переносить дорогостоящие препараты для уколов онкобольным. Опасные яды, которые входят в их состав, требуют осторожности. Любая ошибка в дозировке может повлечь смерть пациента. Именно применение IvSTATION свело эти риски к минимуму.

Российский производитель залповых комплексов “Град” и “Смерч”, тульское НПО “СПЛАВ”, в 2013 году разработало робота-медсестру “Ангел”. Он представляет собой автоматизированную систему, которая помогает ставить диагноз, назначать лечение, вводить лекарства и вести больных при нехватке медперсонала.

Японские ученые и компания Sumitomo сделали подарок всем, кому болезнь мешает передвигаться. Их Robear (робот-медведь) заменяет сиделку – поднимает, переносит, усаживает детей и людей с особыми потребностями. Шарнирные суставы обеспечивают ему подвижность, а 3 вида тактильных сенсоров – точность движений. Конкуренцию Robear составляет робот-гуманоид Надин, разработанный в Наньянском технологическом университете Сингапура. С виду обычная женщина-сиделка распознает людей, поддерживает беседу и следит за состоянием пациента.

По всему миру 5 тысяч роботов-реабилитологов Paro возвращают к нормальной жизни пострадавших от стихийных бедствий и преступлений. Разработчики из Японии создали свои детища в облике детеныша гренландского тюленя. Забавный Paro снимает депрессию, стресс, беспокойство, помогает восстановиться после инсульта, поддерживает детей-аутистов.

“Целебные гребешки” и “цинковые наноракеты”

наноробот
Наноробот

За красивым названием “нанороботы” (от нанометра – единицы величины) и крошечными размерами (сопоставимыми с молекулой) скрывается масштабное направление медицины будущего. Своим происхождением оно обязано микробиологам. Исследуя микромир, они сделали открытие: безногие бактерии носятся на невероятных скоростях. “Двигателем” выступает энергия химических реакций, которые запускают маленькие гонщики. Для разгона последние умудряются использовать электромагнитные поля.

Ученые решили взять пример с бактерий и сотворить искусственных нановрачей, способных перемещаться по организму человека, доставлять лекарства и делать операции. “Волшебники” из цюрихской лаборатории Multi-Scale Robotics Lab (Швейцария) разработали микророботов размером в 4 раза толще человеческого волоса, основу которых составляет гидрогель. Как правило, медики шприцом впрыскивают их в кровь или лимфу, а затем воздействуют электромагнитным полем, чтобы заставить двигаться к больному органу. Сейчас такие роботы помогают микрохирургам лечить глаза, хотя вполне могут “чинить” и другие органы.

В феврале 2018 года ученые из США и Китая сплели из нитей ДНК нанороботов (методом ДНК-оригами), которые “душат” раковые клетки. Контактируя с последними, помощники врачей выпускают белок тромбин. Он образует тромб, который закрывает кислороду и питательным веществам доступ к опухоли, от чего та перестает расти. Во время опытов на мышах нанороботы продлевали им жизнь и замедляли рост новообразований в яичнике, молочной железе, легких, печени и коже. Методика позволит бороться и с другими опасными недугами.

Морской гребешок в 2014 году вдохновил исследователей из Института интеллектуальных систем Макса Планка (Штутгарт, ФРГ) на изобретение наноробота, который плавает по организму человека. Как и моллюск, он двигается, хлопая створками раковины. Снаружи медики управляют и подпитывают “целебного гребешка” электромагнитным полем, чтобы дать ему добраться до больного органа. В январе 2018 года ученые того же Института сконструировали магнитноуправляемого мягкого микроробота-гусеницу. В отличие от “целебного гребешка” он не только плавает, но и ходит, ползает, катится по неровным поверхностям, а также возит грузы. Иными словами, в организме человека микроробот сможет работать одновременно хирургом, медсестрой и санитаром.

В 2015 году сотрудники Калифорнийского университета Сан-Диего разработали “цинковые наноракеты” – нанороботов, которые доставляют лекарства в организм. Эти “молекулярные машины” (трубочки из полимера) двигают пузырьки с водородом, который образуется при реакциях соляной кислоты из желудка и цинка из микродвигателя. Разгоняясь до 60 микрометров в секунду, нанороботы перемещаются в кишечник, закрепляются на его стенках и выпускают лекарственный препарат.

Как видим, роботы произвели революционные преобразования в медицине. Они оказались способны на многое: делать сложные операции, безошибочно смешивать опасные лекарства, ставить диагнозы по изображению, ухаживать за тяжелобольными и даже убивать опухоли. Некоторые роботы добились успехов, работая автономно.

И все же они были и пока остались лишь помощниками медиков, без чьего руководства делают ошибки и промахи. Большинство разработок в этой отрасли – экспериментальные и дорогостоящие. На их совершенствование и внедрение нужны годы. Особенно это относится к нанороботам, как самому инновационному направлению медицины. Однако новейшие модификации этих крошечных помощников врачей вселяют огромную надежду: придет время, когда люди одолеют болезни без таблеток и болезненных процедур. И помогут в этом роботы величиной с молекулу. Но смогут ли они посочувствовать или излечить словом, как это умеют обычные доктора? Вопрос, на который еще нужно найти ответ.

Источники: svoboda.org, bashmedica.ru, korrespondent.net, naked-science.ru, rostec.ru, robotoved.ru, popmech.ru. Подготовил Станислав Клопот

 


Расскажите об этом друзьям



Хотите узнать о будущем больше?

Узнайте где деньги будут завтра!

Как современные технологии изменят бизнес? От чего стоит отказываться уже сейчас? Какие бизнес-идеи будут востребованы через 5, 10 и 15 лет? Какие отрасли останутся выгодными и актуальными, а какие умрут?

Заглянуть в будущее