Робот-хирург Сурджи, управляемый человеком, удалил желчный пузырь у свиньи

Нехватка квалифицированного персонала в здравоохранении заставляет всерьез рассматривать роботов как альтернативу. Традиционные роботизированные системы для хирургии представляют собой специализированные платформы, такие как хирургическая система da Vinci компании Intuitive Surgical (США). (У этого робота, управляемого человеком, четыре руки: одна, с видеокамерой, передает изображение операционного поля, еще две проводят операцию, четвертая ассистирует.) При этом значительная часть задач, которые выполняют медицинские работники, как низко-, так и высококвалифицированные, требует «человеческого обличья». Команда инженеров и хирургов из Сан-Диего разрабатывает систему телеуправления лапароскопическими операциями на основе человекоподобного робота. В Nature представлены результаты операций по удалению желчного пузыря, проведенных на свиньях.

В прошлом году та же группа исследователей опубликовала препринт об этой разработке. Роботы, «обученные» на хирурга, называются Unitree G1, и для них была разработана бимануальная система телеуправления, интегрирующая высокоточное отслеживание положения манипулятора, специальные системы захвата, позволяющие держать обычную хирургические инструменты, и контроллер импеданса. Модифицированную версию авторы называют Сурджи (Surgie).

Хирургические системы, подобные da Vinci, весят сотни килограммов, и для их установки операционные приходится переоборудовать. Очевидно, что это не самый подходящий вариант для отдаленного района с ограниченными ресурсами, где нет хирурга-человека. Роботы, описанные в статье, ростом 1,5 метра и весом 27 кг, «имеют схожий с человеком форм-фактор», они легкие, компактные и могут работать приблизительно в тех же условиях, что и люди. А стереоскопическое зрение Сурджи облегчает использование движений рук человека-оператора для управления инструментами.

В первых экспериментах оценили подвижность робота, его хирургическое рабочее пространство, точность движений и другие показатели. Роботом управляли пользователи как с большим, так и с малым хирургическим опытом; у новичков ожидаемо было больше ошибок, чем у опытных.

Затем перешли к операциям in vivo. Лапароскопическая операция — это минимально инвазивная операция на внутренних органах, которую проводят через небольшие проколы вместо разрезов. Авторы выбрали лапароскопию, поскольку она широко применяется в клинике и ее умеют выполнять существующие роботизированные системы, но она предъявляет набор серьезных требований к пространству манипуляций. Оказалось, что подвижность человекоподобного робота помогает выполнить эти требования.

В ходе одной операции Сурджи и человек-ассистент вместе удалили желчный пузырь у свиньи. Робот под управлением опытного хирурга выполнял все процедуры, а ассистент — хирург либо клинический ординатор — управлял камерой и протирал ее, оттягивал ткани, улучшая доступ. Во время второй операции некоторое время ассистировал второй Сурджи, однако большую часть работы ассистента тоже выполнял человек. Обе операции прошли успешно.

 Соруководитель работы доктор Шанлэй Лю дистанционно управляет роботом во время операции. Credit: University of California San Diego | Пресс-релиз  

 Команда из двух роботов. Credit: University of California San Diego | Пресс-релиз

«Мы были удивлены тем, насколько хорошо Surgie вписался в наше рабочее пространство и рабочий процесс», — сказала соавтор исследования Никита Тарежа, ординатор общей хирургии в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Пока еще не решены некоторые проблемы. Роботов приходилось несколько раз перекалибровывать во время операции, пауза могла превышать три минуты, в результате операция шла дольше, чем при использовании существующих автоматизированных хирургических систем. Однако на ранних этапах их развития они тоже оперировали долго: первая роботизированная лапароскопическая операция длилась шесть часов, сейчас она занимает 30 минут. Задержка между движением контроллера хирургом и движением робота (в среднем около 156 мс, тогда как, по оценкам, не должна превышать 150 мс) сокращается по мере того, как команда изучает возможность проведения операций на больших расстояниях в отдаленных населенных пунктах.

Вероятно, не все Сурджи будут именно хирургами. Поскольку они умеют ходить и брать предметы, они могут приносить инструменты и убирать операционную. «Наша цель — операционная будущего, где человекоподобные роботы и люди будут работать бок о бок в составе интегрированной команды, проводя процедуры для нуждающихся, как в традиционных больничных условиях, так и в нетрадиционных сценариях полевой медицины». — сказал один из руководителей работы Майкл Йип, преподаватель кафедры электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Зонд отслеживает состояние плода во время внутриутробной операции