Операционная будущего: кто создаёт роботов-хирургов?

Представьте себе операционную будущего: у стерильного стола нет людей в хирургических халатах, вместо них – изящные механизмы, которые выполняют сложнейшие манипуляции. Фантастика? Уже почти реальность. Хирургические роботы – это управляемые комплексы, предназначенные для малоинвазивных хирургических вмешательств с повышенной точностью.

Однако за громким названием «робот-хирург» скрывается не автономный искусственный интеллект, а высокотехнологичный инструмент, которым управляет человек. В этом и заключается главный парадокс современной роботизированной хирургии: операционная становится «без рук», но не без хирурга.

Мы попросили студентов из Лаборатории биомехатроники МГТУ им. Баумана, где роботизированная хирургия является одним из направлений разработки, рассказать нам, зачем нужны эти системы, в чём их преимущества и недостатки.

Роботы-хирурги в мире

С начала 2000-х годов роботизированные хирургические системы стали неотъемлемой частью операционных в ведущих клиниках, рассказывают студенты МГТУ им. Баумана. В США, Западной Европе, Японии и Южной Корее робот-ассистированные операции для многих показаний – обычная практика.

Лидирует комплекс da Vinci (Intuitive Surgical, США) – он установлен в тысячах медцентров по всему миру и применяется в урологии, гинекологии, кардиохирургии. Наряду с ним развиваются узкоспециализированные решения: Cori (Smith & Nephew, Великобритания) – в ортопедии, CorPath (Corindus Vascular Robotics, США) – в эндоваскулярной хирургии, Magellan (Hansen Medical, США) – для работы с периферическими сосудами. Все они управляются врачом с пульта и расширяют его возможности, повышая точность.

Роботы-хирурги в России

По словам студентов, большинство роботизированных комплексов на рынке по-прежнему импортные, но отечественные инженеры и учёные активно развивают собственные решения. В числе отечественных разработок – система хирургической навигации «Автоплан» (Autoplan), созданная в Самарском университете. Этот программно-аппаратный комплекс выступает интеллектуальным помощником хирурга, сопровождая его на всех этапах — от виртуального планирования операции до контроля действий во время нее. На данный момент это не робот-исполнитель, а высокоточный «проводник»: в реальном времени система отслеживает медицинские инструменты, строит индивидуальную 3D-модель анатомии пациента и указывает оптимальный путь к цели хирургического вмешательства. Такие возможности особенно критичны в нейрохирургии, челюстно-лицевой и реконструктивной хирургии, где необходима высокая точность, а хирург может работать в условиях ограниченного обзора.

Другим важным направлением в развитии медицины является эндоваскулярная хирургия – вмешательства внутри сосудов, такие как стентирование и устранение тромбов. В России эта область традиционно сильна, но используемые роботизированные решения (CorPath, R-One, Magellan) – исключительно зарубежные.

Зачем нужны роботы-хирурги?

Внедрение роботизированных систем помогает выполнять сложные, безопасные и эффективные операции.

• Высокая точность и стабильность. Робот позволяет совершать врачу движения с минимальной погрешностью.

• Минимальная инвазивность. Большинство роботов функционируют через небольшие разрезы (проколы). Технология позволяет выполнять операции в областях, труднодоступных для человеческих рук.

• Работать, сидя за консолью, комфортнее. Врач не напрягает спину, не держит руки на весу долгое время. Нет необходимости надевать тяжёлый рентгенозащитный фартук (*его масса может достигать 7 кг).

Главный минус – цена оборудования. Например, комплекс da Vinci стоит около $2 млн, другие системы – примерно столько же. Не каждое медучреждение может себе позволить такую роскошь.

Хирург должен освоить принципиально новый навык – управление роботом через консоль, что требует десятков часов тренировок на симуляторах. Одно из главных технических ограничений существующих решений – отсутствие тактильности. Врач не чувствует рукой ткань, не ощущает силу ее натяжения или сопротивление при разрезе – всё приходится оценивать, опираясь лишь на изображение на экране.

От идеи – к прототипу: как создают роботов-хирургов в Бауманке

В Лаборатории биомехатроники на базе МГТУ им. Н.Э. Баумана инженеры Илья Полудкин и Михаил Костин работают над созданием универсальной платформы роботизированного катетера MultiRCath с устройством телеуправления на основе принципа кинематического подобия. Оно должно расширить возможности эндоваскулярной хирургии и сделать её более безопасной и комфортной как для врача, так и для пациента.

Илья Полудкин – молодой изобретатель, выпускник кафедры «Биомедицинские технические системы» МГТУ им. Баумана, который сосредоточился на создании универсальной роботизированной платформы MultiRCath для продвижения катетеров. Его решение – модульная система продольного перемещения инструмента, обеспечивающая очень высокую точность хода – до 0,5 мм. Проще говоря, робот умеет тонко продвигать или вытягивать катетер внутри сосуда с шагом полмиллиметра, что позволяет точно позиционировать, например, стент в артерии. В своей конструкции инженер применил необычный подход: один двигатель управляет сразу несколькими подвижными платформами за счёт особого механизма фиксации. Кроме того, система оснащается датчиками усилия – это позволяет ощущать сопротивление, когда катетер упирается в стенку сосуда или препятствие. В 2024 г. Илья получил патент на эту систему.

Михаил Костин, студент кафедры «Биомедицинские технические системы» МГТУ им. Баумана, обратил внимание на ключевую проблему существующих устройств: отсутствие тактильной обратной связи и кинематического подобия. Его цель – сделать так, чтобы хирург, взаимодействуя с роботизированной системой, имел те же ощущения, что и при обычной операции.

Для этого Костин разработал макет специального устройства телеуправления роботизированным катетером. Он имитирует привычные движения при проведении катетера: вращение и поступательное продвижение.

Датчики в устройстве считывают прикладываемые к манипулятору усилия и передают их на настоящий катетер. Если он наткнулся на преграду в сосуде или изгиб – манипулятор передаст сопротивление на пальцы хирурга. Такая тактильная обратная связь существенно повышает безопасность и точность вмешательства: хирург теперь ориентируется не только на изображение, но и ощущает сопротивление тканей в реальном времени.

В результате врач сохраняет контроль над инструментом, словно держит его в собственных руках. Это повышает точность эндоваскулярных вмешательств.

Что же дальше?

Развитие роботизированной хирургии идёт в сторону большей автономности. Уже создаются алгоритмы, способные самостоятельно выполнять рутинные операции. Однако эра полностью автономных роботов-хирургов наступит ещё нескоро — для этого придется преодолеть серьёзные технические, юридические и этические барьеры. В ближайшие годы более реальным выглядит развитие «интеллектуального ассистента»: ИИ будет анализировать действия хирурга в реальном времени, предупреждать об ошибках и автоматически блокировать опасные движения.

Будущие операционные станут ещё умнее благодаря синергии разных технологий. Например, врачи будут использовать AR-очки, с помощью которых смогут видеть нервные стволы или кровеносные сосуды, находящиеся за пределами видимости.

Уже тестируются роботы-эндоскопы для гастроэнтерологии – они сами продвигаются по кишечнику и берут биопсию. Роботы в офтальмологии помогают выполнять тончайшие операции на сетчатке глаза, требующие исключительной точности, которой порой трудно достичь человеку из-за естественного тремора рук. Сейчас опробуются и микрохирургические роботы, способные оперировать мельчайшие сосуды и нервы.

Ответить на вопрос «что дальше?» можно так: дальше – больше роботов, больше интеллекта, больше взаимодействия человека и машины. Хирургия стремительно меняется, становясь всё более высокотехнологичной. Но при этом центральная роль остаётся у человека – именно от мастерства и решения врача будет зависеть успех операции, проводится она с роботом или без.