Применение робототехники в медицине
Ещё недавно мы с удивлением и неверием смотрели фильмы про Терминатора, Робокопа и тому подобные. Для нас это казалось далёким, невозможным и несбыточным будущим. Люди с частями тела из различных сплавов металла, роботы, помогающие по хозяйству, роботы заменяющие людей на производствах, всё это казалось невероятной выдумкой. Однако, на деле всё оказалось вполне реальным и достижимым. Более того, роботы вошли в нашу жизнь настолько, что мы порой их не замечаем.
Но сегодня мы поговорим о применении роботов в медицине. Эта область применения роботов настолько обширная, что разработки ведутся непрерывно. Ведущие мировые компании, занимающиеся робототехникой, постоянно совершенствуют свои разработки, придумывают новые, иногда, кажется невероятные, способы их применения. Ведутся разработки робота, который будет бороться с бактериальными инфекциями вместо антибиотиков.
Но расскажем обо всем по порядку. Области применения в медицине достаточно обширны. Это диагностика, дезинфекции, проведение высокоточных операций, лучевая терапия, 3D печать, реабилитация и восстановление пациентов после перенесенных тяжелых заболеваний или операций. И много чего другого.
Дезинфицирующие роботы
В больницу попадают люди, которые чем-то болеют. Естественно, что больница не может быть идеально чистым местом. Каждый раз, когда мы туда идём, многие думают о том, чтобы не заразиться еще какой-нибудь болезнью. Конечно, больницы убираются. Но это делают люди и, конечно, могут где-то что-то пропустить. Так вот тут на помощь как раз и приходит этот робот. Он заезжает в помещение и в течение нескольких минут облучает комнату мощным потоком ультрафиолета, до полного обеззараживания.
Роботы-медсестры
Ведь именно на медицинских сестер приходится большая часть работы в больнице. Они заполняют карты пациентов, берут анализы, делают уколы и перевязки, и много чего другого. Так вот эти роботы-медсестры способны разгрузить людей. Например, они способны заносить данные в цифровые мед карты, проводить измерения показателей жизнедеятельности пациентов, перемещать тележки и каталки из одного помещения в другое и даже брать кровь на анализ.
Обучающие роботы
А как насчет обучающих макетов для врачей? Да, и они существуют. Причем настолько реалистичные, что там даже кровь из раны течёт. Ведь раньше врачи практиковались исключительно на живых пациентах или на трупах. Теперь у хирургов и других врачей есть возможность тренироваться на роботах, не боясь причинить вред живому человеку из-за того, что недостаточно практики. Так что, эти роботы тоже впечатляют.
И вот тут мы уже подобрались к более серьезным разработкам.
Робот-хирург
Начнем с самого известного, и довольно успешно применяемого робота, daVinci.
Это устройство, которое полностью находится под контролем хирурга. Но благодаря этой технологии многократно возрастает точность проводимой операции. Робот является одновременно и рукой хирурга и инструментом, но при этом устройство полностью устраняет дрожание руки врача, если такое случится. Делаются только необходимые маленькие разрезы в определенных местах. А это значит, что снижается риск повреждения здоровых тканей и сосудов, развития инфекций и воспалений, сокращаются сроки заживления ран. Как результат, период восстановления после такой операции значительно сокращается. Эта технология успешно применяется уже 18 лет, но разработчики не останавливаются на достигнутом и всё время её совершенствуют.
Экзоскелеты
Они успешно применяются для помощи парализованным людям, чтобы они снова могли ходить. Эту технологию активно используют в восстановительном лечении при реабилитации пациентов после тяжелых травм или для исправления пороков развития. Причем сейчас активно проводятся разработки экзоскелетов, управляемых непосредственно разумом человека.
Роботизированные протезы
Экзоскелеты это одно, но ведь не всегда нужна такая большая система. Иногда нужно восстановить одну определенную функцию. Для этого достаточно установить протез. И где же тут робот? А вот протез и есть робот. В лаборатории MIT Biomechatronics создали роботизированные протезы. Они могут самостоятельно следить за своей работой и регулировать свои суставы до 750 раз в секунду. Более того, разработаны оболочки и импланты, благодаря которым протез взаимодействует напрямую с нервным волокнами пациента, и человек управляет этой роботизированной конечностью силой мысли. Так, как если бы это была его собственная рука или нога.
Диагностические роботы
Не менее популярны в медицине и диагностические роботы. Например для проведения эндоскопии. Это процедура, при которой камера на длинном проводе или гибком шланге вводится врачом в полость тела, для поиска повреждений или следов заболевания. Гибкие роботы, которые используются компанией Medineering, более усовершенствованы. Врач может управлять ими как автомобилем RC и направлять непосредственно туда, куда ему нужно. Потом они удерживаются там, и, если это необходимо, могут сделать как биопсию, так и прижигание раны.
Ещё более совершенная система, это "капсульная эндоскопия". Робот проглатывается как таблетка и следуя по ЖКТ производит там сбор данных, делает снимки и отправляет данные в процессор для диагностики.
Еще один пример применения робототехники в медицине. Роботизированная биопсия MURAB. Это инновационная система проведения наименее травматичной биопсии под контролем УЗИ и МРТ. При этой процедуре, благодаря взаимодействию робота KUKA с МРТ и УЗИ, происходит сканирование пораженной области, в реальном времени и создается трехмерное изображение. У врача появляется возможность наиболее точно выбрать место взятия материала на анализ, при этом применяя более тонкую иглу.
Роботы в лучевой терапии
Кстати, компания KUKA, разрабатывает много различной робототехники для медицины. И вот ещё одна замечательная разработка. Это роботизированная кушетка для точного позиционирования пациентов при проведении лучевой терапии. В неё встроена система рентгеновского изображения, которая перемещается вместе с пациентом. И благодаря этому можно наиболее точно направить луч на опухоль. Как результат, повышается точность терапии.
Но это не единственный робот, применяемый в лучевой терапии. И вот ещё один. Это TomoTherapy. Это уникальная система проведения лучевой терапии под контролем КТ и МРТ. При проведении процедуры на этом оборудовании максимально снижается воздействие облучения на здоровые ткани.
Что такое спиральная доставка TOMOHELIKAL? Во время процедуры пациент лежит на процедурном столе. Стол проходит сквозь центральное отверстие системы (как на КТ), в это время ускоритель совершает повороты на 360 вокруг пациента, непрерывно доставляя лучи непосредственно к опухоли, равномерно распределяя дозу. При этом воздействие на здоровые ткани минимально.
TOMODIRECT это тоже облучение, только во время этой процедуры ускоритель не вращается вокруг пациента. Прибор фиксируется под нужным углом, для достижения максимальной точности обработки пораженного участка. Эта технология включает в себя от 2 до 12 углов поворота прибора для направления пучка лучей и уровней воздействия, которые задает врач.
Это все большие роботы. Но есть и крошечные роботы, которые созданы для того, чтобы доставлять лекарства непосредственно в тот орган, или его часть, где оно необходимо.
Роботы-доставщики
И как же их доставить туда? С помощью магнитного поля по кровеносным сосудам. Новейшие технологии позволили разработать и создать микроботов с крошечными спиральными хвостами, которые и двигаются по сосудам человека и доставляют лекарство точно туда, где оно необходимо. При этом не наносится вред другим органам. Например ЖКТ, когда человек выпивает таблетку или микстуру, которые, прежде чем всосаться в кровь, могут нанести определенный вред стенками кишечника и желудка.
Но не всегда нужны такие сложные и серьёзные роботы.
Роботы-компаньоны
Есть пациенты, за которыми нужен постоянный контроль и им нужен постоянный уход, да и просто компания. Это пожилые, умственно-отсталые или тяжело-больные люди. Вот им на помощь приходят роботы-компаньоны. Они, помимо того, что составляют компанию человеку, ещё и следят за его самочувствием, напоминают о своевременном приеме лекарств и даже могут вызвать помощь, если человек упадет.
Кстати, есть специальные роботы, которые помогают работникам больниц поднимать и перемещать пациентов.
Как видно, искусственный интеллект, может положительным образом влиять на лечение. Об этом более подробно можно прочитать в статье “Будущее медицины:как искусственный интеллект улучшает лечение”.
Роботы-ассистент
Эти роботы помогают персоналу больниц, домашним сиделкам, в уходе за больными. Помогают перемещать больных, приподнимать и производить другие необходимые процедуры.
Роботы-упаковщики
Обширно применение роботов и в других областях медицины. На фармацевтических фабриках используются роботы, которые упаковывают таблетки в блистеры, блистеры в упаковку, а упаковки в коробки, предназначенные для транспортировки в аптечную сеть и медицинские учреждения. Например FANUC. Так, компания Flexlink остановила свой выбор на двух моделях этих роботов. Обе модели оснащены системой технического зрения. Первый робот подхватывает изделия, которые неправильно или беспорядочно расположены на конвейерной ленте и кладет их в нужном порядке на следующий конвейер. Причем он не просто перекладывает изделия с одной ленты на другую, он проводит анализ изделий. Если есть отклонения от нормы, изделие убирается и потом отбраковывается. Потом второй робот аккуратно помещает изделия в упаковку. Такая система позволяет упростить конвейерную линию, делая ее не такой громоздкой, и повышает производительность. Также, данные роботы легко подстраиваться под любые виды изделий. Достаточно внести корректировку в программу.
3D-печать в медицине
Еще одно направление в медицине, где применяется робототехника это 3D-печать органов и тканей человека. Если раньше это казалось невероятным и невозможным, то сейчас это стало реальностью. Точно так же, как на 3D-принтерах печатают объёмные детали, так и на биопринтерах печатают ткани и органы человека. Только применяют специальную биобумагу и клеточный материал вместо краски. Эта технология позволяет производить сверхточные модели органов или имплантов
В апреле 2019 года в Израиле напечатали первое маленькое сердце на 3D-принтере. Его размеры всего лишь около 2,5 см. Предполагается, что оно подойдет кролику. Это сердце содержит все необходимые сосуды и биологические материалы. Ученые надеются начать пересадки таких сердец подопытным животным. Сначала кроликам и крысам. Весной того же 2019 года, ученые Сеченовского университета, впервые установили пациенту титановый имплант в тазовом отделе. Этот имплант так же результат 3D-печати.
И в конце 2019 года, испанская компания Xkelet запустила производство заменителя гипса, производимого с помощью 3D-принтера. Он не боится воды, не вызывает аллергических реакций и его легко снимать, и даже предусмотрено его повторное использование. В середине марта 2020 года, когда коронавирусная инфекция распространилась по миру и разразилась в Италии, в больницах страны выявилась острая нехватка аппаратов искусственной вентиляции легких. Нарушилась система поставок и ремонт аппаратов для реанимации стал затруднителен. Тогда итальянские клиники начали закупать напечатанные на 3D-принтере запчасти. Это были клапаны для дыхательных аппаратов.
2020 год был довольно насыщенным для 3D-печати в медицине во всем мире. Начали печатать СИЗ для врачей, различные приспособления, для того, чтобы можно было подогнать индивидуально под себя размер защитных средств. Так же начали печать различных приспособлений для открывания дверей, чтобы можно было не трогать ее руками. В июле 2020 года Росатом сообщил о намерении производить металлические комплексы для проведения операций на позвоночнике.
В сентябре 2020 года специалисты Санкт-Петербургского государственного университета сообщили о разработанной технологии производства мягких нейропротезов NeuroPrint.И производить их будут с помощью 3D-печати. Эти протезы помогут поставить на ноги человека у которого серьезные повреждения спинного мозга. Эффективность данного метода доказана опытным путем. Правда эксперименты проводились на рыбках. В это же время, компания Русал объявила о выпуске биопротезов из алюминиевого порошка. И они тоже обязаны своим появлением 3D-принтеру.
И наконец о самом маленьком, но не менее впечатляющем роботе.
Антибактериальный наноробот
Это крошечное устройство, состоящее из микроскопических золотых и нанопроволок (bling-bling). Они покрыты тромбоцитами и эритроцитами, которые могут очищать кровь от инфекций. Они работают как ловушка для бактерий. Наноробот может направляться с помощью ультразвука прямо через тело пациента в очаг инфекции. Там он имитирует мишень бактерии (или ее токсина), а когда бактерия приближается, заключает её в сетку из нанопроволок. Плюс этих нанороботов в том, что они используют природные реакции бактерии. Их потенциально можно использовать вместо антибиотиков широкого спектра действия, тем самым они могут успешно помогать в борьбе с заболеваниями, устойчивым к антибактериальным препаратам.
Есть еще немало примеров использования роботов в медицине. Эта ниша постоянно пополняется новыми изобретениями и технологиями, помогающими врачам бороться с различными болезнями и тяжелыми последствиями перенесенных травм. Отрасль все время развивается и прогрессирует. Роботы прочно вошли в нашу жизнь. Сейчас уже сложно представить, что может быть иначе. А ведь когда-то, нам всем казалось невообразимой фантастика, то, что мы видели в фильмах: киборги, роботы-полицейские. А сейчас это уже реальность, и мы в ней живём.
