Роботы в современной медицине

Первые медицинские роботы, появившиеся 11 апреля 1985 года¹, 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 здравоохранении².

Разновидности медицинских роботов

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.

Роботы-хирурги

Первой задачей роботов стало ассистирование хирургам в операционной³. 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 операции³. 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 короче³.

Роботы-медсестры

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 пациентами⁴. Мобильные автоматизированные лечебно-диагностические комплексы типа робот-медсестра задействованы как в процессе поддержания жизнедеятельности пациентов, так и в обеспечении связи с персоналом лечебного учреждения.

Роботы для дезинфекции

На роботов можно возложить ответственность за санитарную обработку помещений, избавляя персонал больницы от необходимости контактировать с потенциально опасными патогенами³. Например, существуют роботы для дезинфекции больничных приборов и оборудования: робот компании Xenex способен с помощью импульсного ксенонового света продезинфицировать палату менее чем за 20 минут⁴.

Роботы для диагностики, или лабораторные роботы

Роботы активно используются в лабораториях³. Автоматизация, которую они обеспечивают, повышает скорость и точность выполнения анализов, снижая количество ошибок³.

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 анализа¹³.

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 снимки⁵.

Реабилитационные роботы

Это роботы, предназначенные для реабилитации пациентов после операций или активной фазы заболевания³. Первые действительно роботизированные устройства для реабилитации работали по принципу непрерывного пассивного движения: это когда часть тела пациента перемещается, пока он отдыхает³. Действие современных реабилитационных роботов связано с понятием нейропластичности мозга и направлено на её поддержание⁷. 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 конечности⁷. Стоит упомянуть и об интеллектуальных инвалидных колясках, способных управлять центром тяжести при спусках и подъемах по лестнице.

Экзоскелеты

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 суставе³.

Роботизированные протезы

Протезы с роботизированными возможностями разработаны для восстановления функций утраченных конечностей. Они предназначены для постоянного ношения людьми с ограниченной мобильностью, без рук, ног, кистей³.

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 мышцы⁸. В итоге роботизированная конечность приводится в движение силой мысли.

Роботы-ассистенты и роботы консультанты

В среднем врач тратит примерно 9 часов в неделю на административные задачи, а это целый рабочий день⁹. 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 людей¹⁰.

Роботы-компаньоны

Роботы способны играть роль компаньонов и даже питомцев. Аналитики предполагают, что в будущем роботы для эмоциональной поддержки будут востребованы¹¹.

В больничных условиях роботы оказывают пациентам — особенно пожилым людям и детям — помощь, подбадривая и демонстрируя, как выполнять определенные двигательные действия³, 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)⁴. 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 питомцу⁴. Его задача — вызывать положительный эмоциональный отклик у пациентов и ускорять выздоровление⁴.

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 возрастет⁴.

Роботы-тренажеры

Нужны для совершенствования профессиональных навыков и используются в обучении врачей и медперсонала¹². 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.

Роботы в доставке

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 престарелых⁴.

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 сигнализацией¹³.

Роботы в лучевой терапии

В 1990-х робототехника была внедрена в область радиотерапии и радиохирургии³. Первое такое решение включало источник рентгеновского излучения, установленный на роботизированной руке, который точечно обрабатывал участок опухоли³. Сейчас роботы умеют доставлять точные дозы облучения непосредственно к опухолям, минимизируя воздействие на другие части тела¹⁶.

Нанороботы и микророботы

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 лекарств16. В перспективе рассматривается вопрос проникновения нанороботов через гематоэнцефалический барьер¹⁶.

Преимущества использования роботов в медицине

Практика использования робототехники в медицине показывает: роботы повышают эффективность и скорость процессов в ходе диагностических и лечебных мероприятий, содействуют ускорению реабилитации¹⁷. 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 людей¹⁷.

Делегировав роботам рутинные задачи, удается снизить нагрузку на врачей и медперсонал среднего звена17. 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 среде¹⁷. В больницах использование роботов для перевозки расходных материалов и белья, для уборки и дезинфекции ограничивает контакт с патогенными микроорганизмами, содействуя борьбе с внутрибольничными инфекциями.

Может ли робот заменить специалиста?

Технологии должны помогать людям, поэтому и врачи, и медицинские роботы трудятся сообща. Их вычислительные мощности объединяются с человеческими навыками решения проблем и творческим подходом⁹.

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%¹⁵.

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 людям⁹.

История роботизации здравоохранения в России

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 России¹⁹. За последние четыре года ― 4500 операций, и это только в Москве²⁰.

Плановые очертания процесс приобрел, когда правительство утвердило дорожную карту компании HealthNet ― один из планов по продвижению инноваций в медицине в рамках «Национальной технологической инициативы»²⁰. Она разделена на три этапа и действует до 2035 года. План работы построен с учётом ключевых трендов развития технологий в медицине. Он включает²¹:

• 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 направлениях²⁰.

Другая первоочередная задача сегодня — формирование необходимых условий и инфраструктуры, в том числе нормативно-правовой регуляции, для внедрения новых технологий²⁰.

Эксперты отмечают, что с точки зрения продукта в сервисной робототехнике Россия на пять лет впереди остального мира, но с точки зрения сбыта пока отстаёт²². 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 роботов²³. Ведь именно спрос является драйвером роста.

Перспективы этого направления в телемедицине

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 услуг².

Например, телемедицинский робот InTouch Vici дает возможность врачам дистанционно общаться с пациентом, проходящим лечение в условиях изоляции2. 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 проблем². 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.

Вместо вывода

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.

Список источников:

1. Роботизированная хирургия. [Электронный ресурс]: ru.wikipedia.org. URL:

2. https://ru.wikipedia.org/

3. Gyles C. Robots in medicine. Can Vet J. 2019 Aug;60(8):819-820. PMID: 31391598; PMCID: PMC6625162. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6625162/

4. The Types of Medical Robots in Use Today and in the Future [Электронный ресурс]: brainlab.com. URL: https://www.brainlab.com/journal/types-of-medical-robots-in-use-today-and-in-the-future/

5. What are the main types of robots used in healthcare? [Электронный ресурс]: medicaldevice-network.com URL: https://www.medicaldevice-network.com/comment/what-are-the-main-types-of-robots-used-in-healthcare/

6. Применение роботов в медицине и перспективные разработки на будущее [Электронный ресурс]: geekometr.ru. URL: https://geekometr.ru/statji/primenenie-robototekhniki-v-meditsine.html

7. O’Connor S. Exoskeletons in Nursing and Healthcare: A Bionic Future. Clin Nurs Res. 2021 Nov;30(8):1123-1126. doi: 10.1177/10547738211038365. Epub 2021 Aug 8. PMID: 34369180; PMCID: PMC8458665. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8458665/

8. Робот на все руки. Как современная робототехника помогает людям восстанавливаться после инсультов. [Электронный ресурс]: Хабр. URL: https://habr.com/ru/company/leader-id/blog/663854/

9. Middleton A, Ortiz-Catalan M. Neuromusculoskeletal Arm Prostheses: Personal and Social Implications of Living With an Intimately Integrated Bionic Arm. Front Neurorobot. 2020 Jul 24;14:39. doi: 10.3389/fnbot.2020.00039. PMID: 32792933; PMCID: PMC7393241. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7393241/

10. 5 reasons why Artificial Intelligence won’t replace physicians. [Электронный ресурс]: hunimed.eu. URL: https://www.hunimed.eu/news/5-motivi-per-cui-lintelligenza-artificiale-non-potra-sostituire-la-figura-del-medico/

11. Каких роботов производят в России для медицины, промышленности, грузоперевозок и образования. [Электронный ресурс]: vc.ru. URL: https://vc.ru/tech/80998-kakih-robotov-proizvodyat-v-rossii-dlya-mediciny-promyshlennosti-gruzoperevozok-i-obrazovaniya

12. Robots will soon be seen as ‘companions rather than tools’ in healthcare industry, analyst predicts. [Электронный ресурс]: medicaldevice-network.com. URL: https://www.medicaldevice-network.com/analysis/robots-will-soon-be-seen-as-companions-rather-than-tools-in-healthcare-industry-analyst-predicts/

13. Роботы-тренажеры для обучения врачей [Электронный ресурс]: robotrends.ru. URL: http://robotrends.ru/robopedia/roboty-trenazhery-dlya-obucheniya-vrachyay

14. Роботы в медицине: применение и возможности. [Электронный ресурс]: top3dshop.ru. URL: https://top3dshop.ru/blog/the-latest-medical-robots.html

15. Robotics in Healthcare: The Future of Robots in Medicine. [Электронный ресурс]: intel.com. URL: https://www.intel.com/content/www/us/en/healthcare-it/robotics-in-healthcare.html

16. Wang, D., Khosla, A., Gargeya, R., Irshad, H., & Beck, A.H. (2016). Deep Learning for Identifying Metastatic Breast Cancer. ArXiv, abs/1606.05718. URL: https://www.researchgate.net/publication/304163398_Deep_Learning_for_Identifying_Metastatic_Breast_Cancer

17. Nanorobots: Tiny Movements Towards Major Change. [Электронный ресурс]: emag.medicalexpo.com. URL: https://emag.medicalexpo.com/nanorobotics-in-neurology-tiny-movements-towards-major-change/

18. 1. Операция роботом да Винчи – принцип, процесс, виды, преимущества, риски – статьи о здоровье. [Электронный ресурс]: URL: htps://medsi.ru/articles/operatsiya-robotom-da-vinchi-printsip-protsess-vidy-preimushchestva-riski/

19. Испытания отечественного робота-хирурга находятся на завершающей стадии – академик РАН Дмитрий Пушкарь. [Электронный ресурс]: scientificrussia.ru. URL: https://scientificrussia.ru/articles/otecestvennyj-robot-hirurg-prohodit-ispytania-na-zivotnyh-akademik-ran-dmitrij-puskar

20. Москвичей стали чаще оперировать роботы — Мослента [Электронный ресурс]: moslenta.ru. URL: https://moslenta.ru/news/city/roboty-26-08-2022.htm

21. Дорожная карта HealthNet (Хелснет). [Электронный ресурс]: zdrav.expert.ru. URL: https://zdrav.expert/index.php/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F:%D0%9D%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B0_(%D0%9D%D0%A2%D0%98)#.D0.94.D0.BE.D1.80.D0.BE.D0.B6.D0.BD.D0.B0.D1.8F_.D0.BA.D0.B0.D1.80.D1.82.D0.B0_HealthNet_.28.D0.A5.D0.B5.D0.BB.D1.81.D0.BD.D0.B5.D1.82.29

22. ПЛАН мероприятий («дорожная карта») «Хелснет» Национальной технологи [Электронный ресурс]: nti2035.ru URL: https://nti2035.ru/markets/docs/DK_healthnet.pdf

23. Каких роботов производят в России для медицины, промышленности, грузоперевозок и образования [Электронный ресурс]: vc.ru. URL: https://vc.ru/tech/80998-kakih-robotov-proizvodyat-v-rossii-dlya-mediciny-promyshlennosti-gruzoperevozok-i-obrazovaniya

24. Новые санкции против России: что они изменят. [Электронный ресурс]: news.ru. URL: https://news.ru/economics/novye-sankcii-protiv-rossii-chto-oni-izmenyat/?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop