Роботы в современной медицине. Обзор

Какие бывают роботы и как они помогают врачам и развивать медицину в целом.

Первые медицинские роботы, появившиеся 11 апреля 1985 года, способствовали революционным изменениям в работе врачей и скорости выздоровления пациентов. Так, роботизированные комплексы того времени позволили врачам добиться чрезвычайной точности в процессе сложного оперативного вмешательства при кардиоторакальной хирургии. Развитие технологий искусственного интеллекта (ИИ) стимулировало совершенствование медицинских роботов, расширив возможности их применения в здравоохранении.

Сегодня в список обязанностей медицинских роботов входит содействие в операциях, дезинфекция помещений, выдача лекарств, сопровождение пациентов в аптеках, больницах и домах престарелых и многое другое. Расскажем подробнее, для чего используются роботы в медицине.

Первой задачей роботов стало ассистирование хирургам в операционной. Сегодня робото-ассистивные системы для хирургических операций становятся все более привычным явлением.

Например, в хирургии позвоночника роботы способны удерживать инструменты и компоненты имплантатов совершенно неподвижно и передвигать их точно в место установки винтов для декомпрессионной операции. Такое стабильное позиционирование инструментов обеспечивает максимальную точность и ускоряет операцию. При использовании роботизированных комплексов проникновение оказывается не только точным, но и малоинвазивным ― для достижения целей роботу достаточно сделать всего несколько небольших разрезов размером с монету. Это заметно снижает риск повреждения здоровых тканей и сосудов, развития инфекций и воспалений, уменьшает сроки заживления ран. Период восстановления после такой операции значительно короче.

Ещё одна сфера использования роботов ― помощь медперсоналу в выполнении таких ежедневных задач, как забор крови, измерение температуры или гигиенические процедуры. Роботы, которые берут на себя простые повторяющиеся действия, освобождают сиделкам и медсёстрам время и руки, так что те могут уделить больше внимания индивидуальному уходу за пациентами. Мобильные автоматизированные лечебно-диагностические комплексы типа робот-медсестра задействованы как в процессе поддержания жизнедеятельности пациентов, так и в обеспечении связи с персоналом лечебного учреждения.

На роботов можно возложить ответственность за санитарную обработку помещений, избавляя персонал больницы от необходимости контактировать с потенциально опасными патогенами. Например, существуют роботы для дезинфекции больничных приборов и оборудования: робот компании Xenex способен с помощью импульсного ксенонового света продезинфицировать палату менее чем за 20 минут.

Роботы активно используются в лабораториях. Автоматизация, которую они обеспечивают, повышает скорость и точность выполнения анализов, снижая количество ошибок.

Яркий пример ― выполнение ускоренных анализов крови. Два робота в состоянии обработать около 3000 образцов в день, по 7–8 пробирок в минуту: один берёт образец и помещает его в сканер штрихкода, другой отбирает образцы и кладёт их в устройство подачи для центрифугирования и анализа.

Гибкие роботизированные медицинские помощники на дистанционном управлении задействованы в эндоскопии: управляя ими, врач делает биопсию или прижигание раны. Другой пример ― капсульная эндоскопия, когда устройство проглатывается, как таблетка, и, следуя по ЖКТ, собирает данные и делает диагностические снимки.

Это роботы, предназначенные для реабилитации пациентов после операций или активной фазы заболевания. Первые действительно роботизированные устройства для реабилитации работали по принципу непрерывного пассивного движения: это когда часть тела пациента перемещается, пока он отдыхает. Действие современных реабилитационных роботов связано с понятием нейропластичности мозга и направлено на её поддержание. Так, они помогают выполнять упражнения на восстановление подвижности рук и ног, перемещая их, что позволяет создавать неврологические пути для работы мышц.

Современные реабилитационные роботизированные конструкции делятся на два вида: терапевтический робот, который помогает пациентам выполнять упражнения (например, экзоскелет), и вспомогательный робот-протез, который заменяет потерянные конечности. Стоит упомянуть и об интеллектуальных инвалидных колясках, способных управлять центром тяжести при спусках и подъемах по лестнице.

Это механическая конструкция, которую надевают на человека, чтобы частично вернуть ему подвижность или ускорить восстановление после травм и операций. Такой прибор напоминает робокостюм.

Экзоскелеты используются в реабилитации после травм спинного мозга и инсультов3. Например, датчики экзоскелета Hybrid Assistive Limb (HAL), расположенные на коже, регистрируют небольшие электрические сигналы в теле пациента, и костюм реагирует движением в суставе.

Протезы с роботизированными возможностями разработаны для восстановления функций утраченных конечностей. Они предназначены для постоянного ношения людьми с ограниченной мобильностью, без рук, ног, кистей.

Нейромышечно-скелетные протезы крепятся к кости и управляются с помощью двунаправленных интерфейсов, подключенных к нервно-мышечной системе человека с помощью электродов, имплантированных в нервы и мышцы. В итоге роботизированная конечность приводится в движение силой мысли.

В среднем врач тратит примерно 9 часов в неделю на административные задачи, а это целый рабочий день. Многие из этих задач можно автоматизировать с помощью соответствующих роботов ― виртуальных ассистентов и человекоподобных роботов-консультантов. Первые синхронизируются с МИС и загружают туда данные, берут на себя бумажную работу, обзванивают пациентов, позволяя клинике сократить расходы на информирование и повысить лояльность клиентов. Вторые помогают пациентам записаться на приём и занимаются их маршрутизацией в холле клиники без привлечения сотрудников. Такие человекоподобные роботы умеют общаться, отвечать на вопросы, способны распознавать лица и эмоции людей.

Роботы способны играть роль компаньонов и даже питомцев. Аналитики предполагают, что в будущем роботы для эмоциональной поддержки будут востребованы.

В больничных условиях роботы оказывают пациентам — особенно пожилым людям и детям — помощь, подбадривая и демонстрируя, как выполнять определенные двигательные действия, например сесть и встать с постели. Они напоминают о необходимости принять лекарства или разговаривают с теми, кто лишен регулярного человеческого контакта (что особенно актуально в контексте нехватки медсестёр и сиделок). Очень часто такие роботы похожи на людей или животных. Например, робот Paro ― роботизированный детеныш гренландского тюленя, покрытый мягким белым мехом, — демонстрирует многие из моделей поведения, свойственных настоящему домашнему питомцу. Его задача — вызывать положительный эмоциональный отклик у пациентов и ускорять выздоровление.

Сейчас роботов для ухода и поддержки очень мало, в первую очередь из-за их высокой стоимости. Однако ожидается, что в течение следующего десятилетия их количество значительно возрастет.

Нужны для совершенствования профессиональных навыков и используются в обучении врачей и медперсонала. Помогают отработать распространенные клинические сценарии либо выступают в качестве симуляторов пациентов (робопациенты, роботы-манекены), имитируя человека целиком или только относящуюся к теме обучения часть. Например, это может быть симулятор роженицы или недоношенного ребенка. Иногда такие роботы ведут себя как реальные больные: они дышат, потеют, кровоточат, двигают конечностями, а их зрачки реагируют на свет.

Робота-тележку для обхода больных или робота-курьера можно назвать одним из подвидов роботов-медсестёр. Они используются для доставки лекарств, лабораторных образцов, посуды, еды, для сортировки препаратов, облегчая работу медицинского персонала в больницах и домах престарелых.

Такие роботы способны ориентироваться на местности с помощью встроенной карты, множества бортовых датчиков и компьютерного зрения. Wi-Fi обеспечивает связь с лифтами, автоматическими дверями и пожарной сигнализацией.

В 1990-х робототехника была внедрена в область радиотерапии и радиохирургии. Первое такое решение включало источник рентгеновского излучения, установленный на роботизированной руке, который точечно обрабатывал участок опухоли. Сейчас роботы умеют доставлять точные дозы облучения непосредственно к опухолям, минимизируя воздействие на другие части тела.

Цель применения микро- или нанороботов — доставка лечебных веществ непосредственно к органам-мишеням16. Они проникают в организм внутривенно или перорально16. Нанороботы слишком малы, чтобы содержать элементы автономного управления, поэтому управляются дистанционно.

Ученые пытаются добиться, чтобы нанороботы могли проводить полноценные неинвазивные процедуры в труднодоступных отделах организма: например, растворять сгустки крови и вводить микродозы лекарств. В перспективе рассматривается вопрос проникновения нанороботов через гематоэнцефалический барьер.

Практика использования робототехники в медицине показывает: роботы повышают эффективность и скорость процессов в ходе диагностических и лечебных мероприятий, содействуют ускорению реабилитации. На современном уровне развития устройства с искусственным интеллектом в состоянии выполнять частичный уход за пациентами. Роботы успешно зарекомендовали себя в поддержании безопасной внутрибольничной среды.

Медицинские роботы берут на себя минимально инвазивные процедуры, могут регулярно наблюдать за пациентами с хроническими заболеваниями, являются действующими элементами реабилитационной терапии и содействуют повышению социальной активности пожилых людей.

Делегировав роботам рутинные задачи, удается снизить нагрузку на врачей и медперсонал среднего звена. Благодаря этому у лиц, ответственных за взаимодействие с пациентами, остается больше времени и сил, чтобы сосредоточиться на работе, ориентированной на больных.

Работа в период пандемии продемонстрировала высокую эффективность медицинских роботов в ситуациях нехватки медперсонала для выполнения рутинных задач в патогеноопасной среде. В больницах использование роботов для перевозки расходных материалов и белья, для уборки и дезинфекции ограничивает контакт с патогенными микроорганизмами, содействуя борьбе с внутрибольничными инфекциями.

Технологии должны помогать людям, поэтому и врачи, и медицинские роботы трудятся сообща. Их вычислительные мощности объединяются с человеческими навыками решения проблем и творческим подходом.

Эффективность сотрудничества врачей и роботов доказана в ряде исследований, например в области использования искусственного интеллекта для выявления метастатического рака молочной железы. Когда результаты работы системы ИИ были объединены с выводами врача-патологоанатома, точность оценки локализации опухоли и классификации изображений значительно возросла. Коэффициент ошибок был снижен на 85%.

Во время робот-ассистированной операции механизм не выполняет все действия самостоятельно ― врач сидит за консолью и ювелирно перемещает «руки»-манипуляторы. Так удаётся добиться наилучшего результата.

Кроме того, достижения в области робототехники не способны отменить личностный контакт, человеческий опыт и профессионализм практикующего врача. Всегда будут обязанности и ответственность, которые технологии не в состоянии разделить ― их гораздо быстрее, надежнее и дешевле будет поручить людям.

Роботическая программа в России началась в 2007-м с установки 25 американских роботов-ассистентов daVinci. Они выполняют операции в кардиохирургии, урологии, гинекологии, эндокринологии, общей хирургии и других областях18. C 2007 года они провели около 25 000 операций в России. За последние четыре года ― 4500 операций, и это только в Москве.

Плановые очертания процесс приобрел, когда правительство утвердило дорожную карту компании HealthNet (кстати, недавно СберМедИИ стал участником рынка НТИ HealthNet) ― один из планов по продвижению инноваций в медицине в рамках «Национальной технологической инициативы». Она разделена на три этапа и действует до 2035 года. План работы построен с учётом ключевых трендов развития технологий в медицине.

Он включает:

• Применение методов виртуальной и дополненной реальности.
• Развитие технологии «Орган на чипе».
• 3D-печать органов и создание биофабрик (выращивание органов из собственных и животных клеток).
• Производство нанороботов для коррекции здоровья (в том числе для адресной доставки лекарств).
• Роботизация хирургических вмешательств ― планируется, что к концу второго этапа плана (2025 год) с помощью роботов будет выполняться большинство операций.

В рамках дорожной карты предусмотрена реализация пилотных проектов в приоритетных направлениях.

Другая первоочередная задача сегодня — формирование необходимых условий и инфраструктуры, в том числе нормативно-правовой регуляции, для внедрения новых технологий.

Эксперты отмечают, что с точки зрения продукта в сервисной робототехнике Россия на пять лет впереди остального мира, но с точки зрения сбыта пока отстаёт. Однако в условиях санкционного давления, ограничивающего поставки разработок из других стран на российский рынок, перед отечественными компаниями открываются широкие перспективы для развития и расширения производства российских медицинских роботов. Ведь именно спрос является драйвером роста.

В понятие телемедицины входят не только текстовые сообщения, телефонные звонки, пересылка изображений, видеочаты врач — пациент, но и удаленный мониторинг. Именно в последнем случае находится применение возможностям искусственного интеллекта ― для более быстрой диагностики и оптимизации рутинных услуг.

Например, телемедицинский робот InTouch Vici дает возможность врачам дистанционно общаться с пациентом, проходящим лечение в условиях изоляции. Помимо камеры, экрана и клавиатуры, обеспечивающих связь врачей с пациентом, робот снабжен медицинским оборудованием для измерения показателей жизнедеятельности и передачи данных в электронный архив. Усовершенствованные камеры, оснащенные ИИ, помогают обнаруживать лихорадку и другие сигналы организма.

Благодаря телемедицинским приложениям пациенты в отдаленных районах могут получить высококачественные неотложные консультации по широкому спектру проблем. Пациент заходит с планшета или персонального компьютера, а врачи могут использовать тот тип устройств, который наилучшим образом соответствует ситуации. Такая помощь незаменима в случаях, когда требуется срочная консультация, но медицинские работники не могут прибыть к пациенту вовремя.

Внедрение робототехники в медицину сопровождается радикальными изменениями и, как итог, ведет к повышению долгосрочной выживаемости пациентов. Разработки в сфере робототехники ведутся непрерывно, а на вопрос «Может ли робот выполнять медицинские операции?» ответ однозначный: «да», — хотя в серьёзных случаях без контроля человека обойтись все же невозможно. Тем не менее это означает, что скоро медицинская индустрия выйдет на совершенно иной уровень, который еще недавно считался фантастическим.